JP2019523350A - Composite carbon fiber - Google Patents
Composite carbon fiber Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019523350A JP2019523350A JP2019502594A JP2019502594A JP2019523350A JP 2019523350 A JP2019523350 A JP 2019523350A JP 2019502594 A JP2019502594 A JP 2019502594A JP 2019502594 A JP2019502594 A JP 2019502594A JP 2019523350 A JP2019523350 A JP 2019523350A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- fiber
- functionalized polymer
- composite
- amine functionalized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M14/00—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials
- D06M14/36—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials on to carbon fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
- C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/06—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F11/00—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
- D01F11/10—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
- D01F11/14—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with organic compounds, e.g. macromolecular compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
- D06M10/04—Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
- D06M10/08—Organic compounds
- D06M10/10—Macromolecular compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/21—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/356—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds of other unsaturated compounds containing nitrogen, sulfur, silicon or phosphorus atoms
- D06M15/3562—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds of other unsaturated compounds containing nitrogen, sulfur, silicon or phosphorus atoms containing nitrogen
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/55—Epoxy resins
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/59—Polyamides; Polyimides
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/61—Polyamines polyimines
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/40—Fibres of carbon
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M23/00—Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
- D06M23/12—Processes in which the treating agent is incorporated in microcapsules
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2400/00—Specific information on the treatment or the process itself not provided in D06M23/00-D06M23/18
- D06M2400/01—Creating covalent bondings between the treating agent and the fibre
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2505/00—Industrial
- D10B2505/12—Vehicles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維を有する複合炭素繊維が提供される。アミン官能化ポリマーを炭素繊維の表面上に電解グラフトすると、複合炭素繊維が生じ、この複合炭素繊維においては、ポリマーが繊維に共有結合して、かなりの数の反応性アミン基が、繊維強化複合材料の製造における後続の反応に、例えば樹脂マトリックスと反応するために利用可能である。結果として、複合炭素繊維は、改善された層間強度を示す繊維強化複合材料の製造に特に有用であり得る。繊維強化複合材料も提供される。Composite carbon fibers having carbon fibers electrografted with an amine functionalized polymer on the surface are provided. Electrografting an amine functionalized polymer onto the surface of a carbon fiber results in a composite carbon fiber in which the polymer is covalently bonded to the fiber and a significant number of reactive amine groups are present in the fiber reinforced composite. It can be used for subsequent reactions in the production of the material, for example to react with a resin matrix. As a result, composite carbon fibers can be particularly useful in the production of fiber reinforced composite materials that exhibit improved interlayer strength. A fiber reinforced composite material is also provided.
Description
本発明は、一般に繊維強化複合材料の作製に使用するための炭素繊維に、特に表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維を含む複合炭素繊維に関する。 The present invention relates generally to carbon fibers for use in making fiber reinforced composite materials, and in particular to composite carbon fibers comprising carbon fibers that have been electrografted with an amine functionalized polymer on the surface.
繊維強化複合材料は、その比較的軽い重量及び高い強度のために、多種多様な用途にますます使用されている。そのような用途の一例は、機体重量の低減による燃料効率改善の要望がある、航空産業である。繊維強化複合材料の構造体は、鋼鉄及びアルミニウムに匹敵する機械的特性を保持しながら、合金を含む対応する構造よりも低い密度を有する材料を与える。 Fiber reinforced composite materials are increasingly being used in a wide variety of applications due to their relatively light weight and high strength. An example of such an application is the aviation industry where there is a desire to improve fuel efficiency by reducing airframe weight. The fiber reinforced composite structure provides a material that has a lower density than the corresponding structure, including alloys, while retaining mechanical properties comparable to steel and aluminum.
一般に、繊維強化複合材料は、炭素繊維などの繊維で強化されている樹脂マトリックスを含む。繊維強化複合材料は、通例、繊維を含む布又はトウに樹脂を含浸させていわゆるプリプレグを形成する方法で作製される。プリプレグという用語は、樹脂を含浸させた、未硬化又は部分硬化状態にある繊維を含む強化複合材料を説明するためによく使用される。次いで、樹脂の硬化に十分な条件にプリプレグを暴露することによって、プリプレグを最終又は半最終成形部品にまで成形することができる。通例、硬化は、樹脂の硬化に十分な温度で十分な時間にわたって、金型内でプリプレグを加熱することによって行われる。エポキシ樹脂は繊維強化複合材料の製造によく使用される。 In general, fiber reinforced composite materials include a resin matrix that is reinforced with fibers such as carbon fibers. The fiber-reinforced composite material is usually produced by a method in which a cloth or tow containing fibers is impregnated with a resin to form a so-called prepreg. The term prepreg is often used to describe a reinforced composite material comprising fibers impregnated with a resin and in an uncured or partially cured state. The prepreg can then be molded into a final or semi-final molded part by exposing the prepreg to conditions sufficient to cure the resin. Typically, curing is performed by heating the prepreg in a mold for a sufficient time at a temperature sufficient to cure the resin. Epoxy resins are often used in the manufacture of fiber reinforced composite materials.
樹脂マトリックスへの炭素繊維の接着性は、部品の機械的強度を維持し、繊維−炭素界面の剥離を防止するために極めて重要である。接着性を改善するために、炭素繊維は通例、樹脂による含浸前に表面処理によって処理される。一般的な表面処理方法は、炭酸水素アンモニウムなどの溶液を含む電気化学槽又は電解槽中に炭素繊維を引き通すこと、電位を印加することを含み、結果として炭素繊維表面の陽極酸化が生じる。そのような処理は各フィラメントの表面をエッチング又は粗面化して、界面繊維/マトリックス結合に利用可能な表面積を増大させる。繊維表面積の増大は、樹脂マトリックスの繊維への機械的噛み合いを補助する。さらに、表面処理は繊維の表面も酸化し得て、結果として繊維の表面上にカルボン酸などの反応性化学基が形成される。 The adhesion of the carbon fibers to the resin matrix is extremely important to maintain the mechanical strength of the part and prevent delamination at the fiber-carbon interface. In order to improve adhesion, carbon fibers are usually treated by surface treatment before impregnation with resin. A common surface treatment method involves passing carbon fibers through an electrochemical or electrolytic cell containing a solution such as ammonium hydrogen carbonate, and applying an electrical potential, resulting in anodization of the carbon fiber surface. Such treatment etches or roughens the surface of each filament to increase the surface area available for interfacial fiber / matrix bonding. The increase in fiber surface area assists in mechanical engagement of the resin matrix with the fibers. Furthermore, the surface treatment can also oxidize the fiber surface, resulting in the formation of reactive chemical groups such as carboxylic acids on the fiber surface.
しかし、表面処理に関連し得るいくつかの欠点がある。例えば、状況によっては、表面処理は繊維の望ましくない劣化をもたらし得て、結果として炭素繊維が供され得る表面処理の量が実用上制限される。結果として、表面処理は、繊維の表面上に所望のレベルの反応性化学基を十分に与えない場合がある。 However, there are several drawbacks that can be associated with surface treatment. For example, in some situations, surface treatment can result in undesirable degradation of the fiber, resulting in a practical limit on the amount of surface treatment that can be provided with carbon fiber. As a result, the surface treatment may not provide sufficient levels of reactive chemical groups on the surface of the fiber.
従って、改良炭素繊維及びその作製方法に対する要求が依然として存在する。 Accordingly, there remains a need for improved carbon fibers and methods for making them.
本発明の実施形態は、アミン官能化炭素繊維、及びアミン官能化炭素繊維を作製する方法に関する。本発明のさらなる態様は、樹脂マトリックス及びアミン官能化繊維を含む強化複合材料、並びにそのような強化複合材料を製造する方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to amine functionalized carbon fibers and methods of making amine functionalized carbon fibers. A further aspect of the present invention relates to a reinforced composite material comprising a resin matrix and an amine functionalized fiber and a method for producing such a reinforced composite material.
一実施形態において、本発明の態様は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維を含む、複合炭素繊維に関する。本発明者は、アミン官能化ポリマーを炭素繊維表面上に電解グラフトすることによって、層間特性が改善された繊維強化複合材料を作製できることを発見した。 In one embodiment, aspects of the invention relate to composite carbon fibers that include carbon fibers that are electrografted with an amine functionalized polymer on a surface. The inventors have discovered that fiber grafted composites with improved interlayer properties can be made by electrografting an amine functionalized polymer onto the carbon fiber surface.
本発明の実施形態は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維を含む、複合炭素繊維を提供し得る。一実施形態において、複合炭素繊維は、少なくとも0.125である窒素/炭素(N/C)比、特に約0.15〜0.3であるN/C比、さらにより詳細には約0.15〜0.2であるN/C比を有する。一実施形態において、複合炭素繊維は、少なくとも0.150であるN/C比、例えば約0.15〜0.3であるN/C比を有する。 Embodiments of the present invention can provide composite carbon fibers comprising carbon fibers that are electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. In one embodiment, the composite carbon fiber has a nitrogen / carbon (N / C) ratio of at least 0.125, in particular an N / C ratio of about 0.15-0.3, and even more particularly about 0.00. It has an N / C ratio that is 15-0.2. In one embodiment, the composite carbon fiber has an N / C ratio that is at least 0.150, such as an N / C ratio that is about 0.15 to 0.3.
一実施形態において、複合炭素繊維は、炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも50%、少なくとも75%、少なくとも100%、少なくとも125%、少なくとも150%、少なくとも175%、少なくとも200%又は少なくとも250%である、窒素表面濃度の増加を示す。特定の一実施形態において、複合炭素繊維は、炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも495%である窒素表面濃度の増加を示す。 In one embodiment, the composite carbon fiber is at least 50%, at least 75%, at least 100%, at least 125% compared to the original carbon fiber that has not been electrografted with an amine functionalized polymer on the surface of the carbon fiber. , At least 150%, at least 175%, at least 200% or at least 250%. In one particular embodiment, the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is at least 495% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted onto the surface of the carbon fiber.
いくつかの実施形態において、複合炭素繊維は、炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜500%である窒素表面濃度の増加を示す。例えば、一実施形態において、複合炭素繊維は、炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約100〜500%の窒素表面濃度の増加を示し得る。他の実施形態において、複合炭素繊維は、炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約150〜500%である窒素表面濃度の増加を示す。さらに別の実施形態において、複合炭素繊維は、炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約100〜250%、例えば約125〜200%の窒素表面濃度の増加を示し得る。 In some embodiments, the composite carbon fiber has an increase in nitrogen surface concentration that is about 50-500% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface of the carbon fiber. Show. For example, in one embodiment, the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration of about 100-500% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface of the carbon fiber. obtain. In other embodiments, the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is about 150-500% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface of the carbon fiber. . In yet another embodiment, the composite carbon fiber is about 100-250%, such as about 125-200% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface of the carbon fiber. An increase in nitrogen surface concentration may be shown.
一実施形態において、アミン官能化ポリマーは、直鎖ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリプロピレンイミン、直鎖ポリ(アリルアミン)(PAA)、ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー、ポリ(アリルアミン)をジビニルベンゼンによって分枝させることにより調製された分枝ポリ(アリルアミン)(PAADVB)及びブロックコポリマー、コア−シェル粒子並びにその組合せからなる群から選択される。好ましい実施形態において、アミン官能化ポリマーは分枝ポリエチレンイミンを含む。 In one embodiment, the amine functionalized polymer is a linear polyethyleneimine (PEI), branched polyethyleneimine (PEI), branched polypropyleneimine, linear poly (allylamine) (PAA), polyamidoamine (PAMAM) dendrimer, poly Selected from the group consisting of branched poly (allylamine) (PAADVB) and block copolymers, core-shell particles and combinations thereof prepared by branching (allylamine) with divinylbenzene. In a preferred embodiment, the amine functionalized polymer comprises branched polyethyleneimine.
好ましくは、アミン官能化ポリマーは、約5,000〜35,000の範囲の重量平均分子量を有する。 Preferably, the amine functionalized polymer has a weight average molecular weight in the range of about 5,000 to 35,000.
本発明に従って、多種多様の異なる炭素繊維が使用され得る。一実施形態において、炭素繊維は少なくとも400ksiの引張強度を有し得る。例えば、複合炭素繊維を作製するための炭素繊維は、約600〜1,050ksiの引張強度を有し得る。 A wide variety of different carbon fibers can be used in accordance with the present invention. In one embodiment, the carbon fibers can have a tensile strength of at least 400 ksi. For example, carbon fibers for making composite carbon fibers can have a tensile strength of about 600 to 1,050 ksi.
本発明による複合炭素繊維は、多種多様の異なる物品を作製するために使用され得る。例えば、複合炭素繊維は、繊維強化複合材料、例えばプリプレグ、又はプリプレグから形成された構造要素を作製するために使用され得る。 The composite carbon fibers according to the present invention can be used to make a wide variety of different articles. For example, composite carbon fibers can be used to make fiber reinforced composite materials, such as prepregs, or structural elements formed from prepregs.
一実施形態において、本発明は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維及び炭素繊維に注入された樹脂マトリックスを含む繊維強化複合材料を提供し得る。そのような一実施形態において、繊維強化複合材料は、ショートビーム剪断(Short Beam Shear(SBS))試験によって特徴付けられるように、約17〜25ksiの層間強度を示し得る。いくつかの実施形態において、繊維強化複合材料の層間強度は、SBSによって特徴付けられるように、約20〜22ksiである。 In one embodiment, the present invention may provide a fiber reinforced composite comprising carbon fibers electrografted with an amine functionalized polymer on a surface and a resin matrix injected into the carbon fibers. In one such embodiment, the fiber reinforced composite material may exhibit an interlaminar strength of about 17-25 ksi, as characterized by a Short Beam Shear (SBS) test. In some embodiments, the interlaminar strength of the fiber reinforced composite is about 20-22 ksi, as characterized by SBS.
一実施形態において、本発明は、炭素繊維の表面がアミン官能化ポリマーを含まないことを除いて炭素繊維が同一である、同様の繊維強化複合材料と比較して、約5〜25%の範囲に及ぶSBSの増加を示す繊維強化複合材料を提供し得る。 In one embodiment, the present invention is in the range of about 5-25% compared to similar fiber reinforced composites in which the carbon fibers are identical except that the surface of the carbon fibers does not contain an amine functionalized polymer. Fiber reinforced composite materials can be provided that exhibit an increase in SBS up to.
一実施形態において、繊維強化複合材料は、エポキシ系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、シアナートエステル系樹脂及びフェノール系樹脂からなる群から選択される樹脂を含み得る。 In one embodiment, the fiber reinforced composite material may include a resin selected from the group consisting of an epoxy resin, a bismaleimide resin, a cyanate ester resin, and a phenol resin.
一実施形態において、繊維強化複合材料を作製するための複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも25%、少なくとも50%、少なくとも75%、少なくとも100%、少なくとも125%、少なくとも150%、少なくとも175%、少なくとも200%、少なくとも225%、少なくとも250%、少なくとも275%、少なくとも300%、少なくとも325%、少なくとも350%、少なくとも375%、少なくとも400%、少なくとも425%、少なくとも450%、少なくとも475%又は少なくとも500%のいずれか1つ以上の窒素濃度の表面における増加を示し得る。いくつかの実施形態において、繊維強化複合材料に使用するための複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜3,000%、例えば約100〜500%、約150〜500%、約100〜250%又は約125〜200%の範囲に及ぶ窒素濃度の表面における増加を示し得る。 In one embodiment, the composite carbon fiber for making the fiber reinforced composite material is at least 25%, at least 50%, at least compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. 75%, at least 100%, at least 125%, at least 150%, at least 175%, at least 200%, at least 225%, at least 250%, at least 275%, at least 300%, at least 325%, at least 350%, at least 375% , At least 400%, at least 425%, at least 450%, at least 475%, or at least 500% of any one or more increases in nitrogen concentration at the surface. In some embodiments, the composite carbon fiber for use in the fiber reinforced composite material is about 50-3,000% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface. May show an increase in the surface of the nitrogen concentration ranging from, for example, about 100-500%, about 150-500%, about 100-250%, or about 125-200%.
一実施形態において、本発明の実施形態による繊維強化複合材料は、航空宇宙部品の製造に使用され得る。 In one embodiment, fiber reinforced composite materials according to embodiments of the present invention can be used in the manufacture of aerospace components.
本発明の他の態様は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維を含む、複合炭素繊維であって、複合炭素繊維は以下を特徴とする: Another aspect of the invention is a composite carbon fiber comprising carbon fibers electrografted with an amine functionalized polymer on the surface, wherein the composite carbon fibers are characterized by the following:
a)少なくとも0.125である窒素/炭素(N/C)比、及び/又は a) a nitrogen / carbon (N / C) ratio of at least 0.125, and / or
b)炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜500%である窒素表面濃度の増加。
そのような実施形態において、複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約0.15〜0.3、例えば約0.15〜0.2及び約0.165〜0.195の窒素/炭素(N/C)比、並びに少なくとも75%、少なくとも100%、少なくとも125%、少なくとも150%、少なくとも175%、少なくとも200%、少なくとも225%、少なくとも250%、少なくとも275%、少なくとも300%、少なくとも325%、少なくとも350%、少なくとも375%、少なくとも400%、少なくとも425%、少なくとも450%、少なくとも475%又は少なくとも500%のいずれか1つ以上の窒素濃度の表面における増加を示し得る。
b) Increase in nitrogen surface concentration which is about 50-500% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface of the carbon fiber.
In such embodiments, the composite carbon fiber is about 0.15-0.3, such as about 0.15-0, compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. .2 and a nitrogen / carbon (N / C) ratio of about 0.165 to 0.195 and at least 75%, at least 100%, at least 125%, at least 150%, at least 175%, at least 200%, at least 225% Any one or more of: at least 250%, at least 275%, at least 300%, at least 325%, at least 350%, at least 375%, at least 400%, at least 425%, at least 450%, at least 475%, or at least 500% Can show an increase in the nitrogen concentration at the surface.
一実施形態において、前段落による複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜3,000%、例えば約100〜500%、約150〜500%、約100〜250%又は約125〜200%の範囲に及ぶ窒素濃度の表面における増加を示し得る。 In one embodiment, the composite carbon fiber according to the previous paragraph is about 50-3,000%, such as about 100-500%, compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface, An increase in the surface of the nitrogen concentration can range from about 150-500%, about 100-250%, or about 125-200%.
別の態様において、本発明の実施形態は、以下を含む複合炭素繊維を調製する方法であって、 In another aspect, an embodiment of the present invention is a method of preparing a composite carbon fiber comprising:
アミン官能化ポリマーを含む槽に炭素繊維を通過させること、 Passing carbon fibers through a bath containing an amine functionalized polymer;
セルに電位を印加すること、 Applying a potential to the cell;
炭素繊維上にアミン官能化ポリマーを電解グラフトして、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフト化された複合炭素繊維を製造することを含み、複合炭素繊維が、以下の事項によって特徴付けられる: Electrolytically grafting an amine functionalized polymer on carbon fiber to produce composite carbon fiber having an electrofunctionalized amine functionalized polymer on the surface, wherein the composite carbon fiber is characterized by:
a)少なくとも0.125である炭素/窒素(N/C)比、及び/又は a) a carbon / nitrogen (N / C) ratio of at least 0.125, and / or
b)炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜500%である窒素表面濃度の増加。 b) Increase in nitrogen surface concentration which is about 50-500% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface of the carbon fiber.
本方法の一態様において、複合炭素繊維は、約0.15から0.3、例えば約0.15〜0.2及び約0.165〜0.195である窒素/炭素(N/C)比を示す。 In one aspect of the method, the composite carbon fiber has a nitrogen / carbon (N / C) ratio of about 0.15 to 0.3, such as about 0.15 to 0.2 and about 0.165 to 0.195. Indicates.
本方法の別の態様において、複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも75%、少なくとも100%、少なくとも125%、少なくとも150%、少なくとも175%、少なくとも200%、少なくとも225%、少なくとも250%、少なくとも275%、少なくとも300%、少なくとも325%、少なくとも350%、少なくとも375%、少なくとも400%、少なくとも425%、少なくとも450%、少なくとも475%又は少なくとも500%のいずれか1つ以上の窒素濃度の表面における増加を示す。 In another aspect of the method, the composite carbon fiber is at least 75%, at least 100%, at least 125%, at least 150% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. At least 175%, at least 200%, at least 225%, at least 250%, at least 275%, at least 300%, at least 325%, at least 350%, at least 375%, at least 400%, at least 425%, at least 450%, at least It shows an increase in the surface of one or more nitrogen concentrations of either 475% or at least 500%.
複合炭素繊維を製造する方法の一実施形態において、複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜3,000%、例えば約100〜500%、約150〜500%、約100〜250%又は約125〜200%の範囲に及ぶ窒素濃度の表面における増加を示し得る。 In one embodiment of the method of making the composite carbon fiber, the composite carbon fiber is about 50-3,000%, such as about 50% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface. An increase in the surface of the nitrogen concentration ranging from 100-500%, about 150-500%, about 100-250% or about 125-200% may be shown.
複合炭素繊維を製造する方法の一実施形態において、アミン官能化ポリマーは、直鎖ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリプロピレンイミン、直鎖ポリ(アリルアミン)(PAA)、ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー、ポリ(アリルアミン)をジビニルベンゼンによって分枝させることにより調製された分枝ポリ(アリルアミン)(PAADVB)並びにその組合せからなる群から選択される。好ましい実施形態において、アミン官能化ポリマーは分枝ポリエチレンイミンを含む。 In one embodiment of the method of making the composite carbon fiber, the amine functionalized polymer is a linear polyethyleneimine (PEI), branched polyethyleneimine (PEI), branched polypropyleneimine, linear poly (allylamine) (PAA), Polyamidoamine (PAMAM) dendrimers, selected from the group consisting of branched poly (allylamine) (PAADVB) prepared by branching poly (allylamine) with divinylbenzene and combinations thereof. In a preferred embodiment, the amine functionalized polymer comprises branched polyethyleneimine.
一実施形態において、アミン官能化ポリマーは、約5,000〜35,000の範囲に及ぶ重量平均分子量を有する。 In one embodiment, the amine functionalized polymer has a weight average molecular weight ranging from about 5,000 to 35,000.
有利には、アミン官能化ポリマーを炭素繊維の表面上に電解グラフトするステップは、比較的短時間で完了され得る。例えば、一実施形態において、アミン官能化ポリマーを炭素繊維上に電解グラフトするステップは、30秒〜2分継続する期間、特に45秒〜90秒、及び特に約60秒継続する期間を要し得る。 Advantageously, the step of electrografting the amine functionalized polymer onto the surface of the carbon fiber can be completed in a relatively short time. For example, in one embodiment, the step of electrografting the amine functionalized polymer onto the carbon fiber may require a period that lasts 30 seconds to 2 minutes, particularly 45 seconds to 90 seconds, and particularly about 60 seconds. .
本発明の実施形態は、複合炭素繊維及びそれから作製された成形部品を対象とし得る。本発明は複合炭素繊維を作製する方法及び複合炭素繊維を包含する繊維強化複合材料を作製する方法も含む。 Embodiments of the invention can be directed to composite carbon fibers and molded parts made therefrom. The invention also includes a method of making a composite carbon fiber and a method of making a fiber reinforced composite material including the composite carbon fiber.
ここで添付の図面を参照するが、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。 Reference will now be made to the accompanying drawings, which are not necessarily drawn to scale.
本発明をここで、本発明のすべてではないが、いくつかの実施形態が示されている、添付の図面を参照して以下でさらに十分に説明する。実際に、本発明は多くの異なる形態で具体化され得て、本明細書に記載する実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が適用可能な法的要件を満たすように提供されている。 The invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which some but not all embodiments of the invention are shown. Indeed, the invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein; Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will satisfy applicable legal requirements.
「第1」、「第2」など、「1次」、「例示的」、「2次」などの用語は、順序、量又は重要性を意味するものではなく、むしろ1つの要素を別の要素から区別するために使用する。さらに、「a」、「an」及び「the」という用語は、量の制限を意味するのではなく、むしろ言及された項目の「少なくとも1つ」の存在を示す。 Terms such as “first”, “second”, “primary”, “exemplary”, “secondary” do not imply order, quantity or importance, but rather one element Used to distinguish from elements. Further, the terms “a”, “an”, and “the” do not imply a limit on the amount, but rather indicate the presence of “at least one” of the items mentioned.
本明細書に開示された各実施形態は、他の開示された実施形態のそれぞれに適用可能であると考えられる。本明細書に記載する多様な要素のすべての組合せ及び下位の組合せは、本発明の範囲に含まれる。 Each embodiment disclosed in this specification is considered to be applicable to each of the other disclosed embodiments. All combinations and subcombinations of the various elements described herein are within the scope of the invention.
パラメータ範囲が与えられる場合、その範囲内のすべての整数、並びにその数割及び数分も本発明によって与えられることが理解される。例えば、「5〜10%」には、5%、6%、7%、8%、9%及び10%、5.0%、5.1%、5.2%・・・9.8%、9.9%及び10.0%並びに5.00%、5.01%、5.02%・・・9.98%、9.99%及び10.00%が含まれる。 Where a parameter range is given, it is understood that all integers within that range, as well as their percents and minutes, are also given by the present invention. For example, “5-10%” includes 5%, 6%, 7%, 8%, 9% and 10%, 5.0%, 5.1%, 5.2%,... 9.8% , 9.9% and 10.0% and 5.00%, 5.01%, 5.02% ... 9.98%, 9.99% and 10.00%.
本明細書で使用する場合、数値又は範囲の文脈における「約」は、列挙又は請求されている数値又は範囲の±10%を意味する。 As used herein, “about” in the context of a numerical value or range means ± 10% of the numerical value or range listed or claimed.
一態様において、本発明の実施形態は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維を含む複合炭素繊維を提供する。以下により詳細に説明するように、アミン官能化ポリマーを炭素繊維の表面上に電解グラフトすると、複合炭素繊維が生じ、この複合炭素繊維においては、ポリマーが繊維に共有結合して、かなりの数の反応性アミン基が繊維強化複合材料の製造における後続の反応に、例えば樹脂マトリックスと反応するために利用可能である。結果として、複合炭素繊維は、改善された層間強度を示す繊維強化複合材料の製造に特に有用であり得る。 In one aspect, embodiments of the present invention provide composite carbon fibers comprising carbon fibers electrografted with an amine functionalized polymer on a surface. As described in more detail below, electrografting an amine functionalized polymer onto the surface of a carbon fiber results in a composite carbon fiber in which the polymer is covalently bonded to the fiber and a significant number of Reactive amine groups are available for subsequent reactions in the production of fiber reinforced composites, for example to react with a resin matrix. As a result, composite carbon fibers can be particularly useful in the production of fiber reinforced composite materials that exhibit improved interlayer strength.
本発明による複合炭素繊維は、ショートビーム剪断(Short Beam Shear(SBS))試験によって特徴付けられるような、高い層間強度を有する繊維強化複合材料が所望される、多種多様の用途に使用され得る。複合炭素繊維は単独で使用され得るが、複合炭素繊維は一般に樹脂と組合わされて、繊維強化複合材料を形成する。繊維強化複合材料は、プリプレグ又は硬化最終部品の形態であり得る。繊維強化複合材料は任意の意図された目的に使用され得るが、繊維強化複合材料は、好ましくは構造部品及び非構造部品の両方に航空宇宙用途において使用される。 The composite carbon fibers according to the present invention can be used in a wide variety of applications where a fiber reinforced composite material having high interlaminar strength is desired, as characterized by the Short Beam Shear (SBS) test. Although composite carbon fibers can be used alone, the composite carbon fibers are generally combined with a resin to form a fiber reinforced composite material. The fiber reinforced composite material may be in the form of a prepreg or cured final part. While fiber reinforced composite materials can be used for any intended purpose, fiber reinforced composite materials are preferably used in aerospace applications for both structural and non-structural components.
例えば、複合炭素繊維を使用して、胴体、翼及び尾翼アセンブリなどの航空機の構造部品に使用される、繊維強化複合材料が形成され得る。複合炭素繊維は、航空機の非構造部分で使用される、複合材料部品を製造するためにも使用され得る。例示的な非構造外装部品としては、エンジンナセル及び航空機外板が挙げられる。例示的な内装部品としては、航空機の調理室及び洗面所構造、並びに窓枠、フロアパネル、頭上収納庫、壁仕切り、ワードローブ、ダクト、天井パネル及び内部側壁が挙げられる。 For example, composite carbon fibers can be used to form fiber reinforced composite materials used in aircraft structural components such as fuselage, wing and tail assemblies. Composite carbon fibers can also be used to produce composite parts used in non-structural parts of aircraft. Exemplary non-structural exterior components include engine nacelles and aircraft skins. Exemplary interior parts include aircraft kitchen and washroom structures, as well as window frames, floor panels, overhead storage, wall dividers, wardrobes, ducts, ceiling panels, and internal sidewalls.
上記のように、複合炭素繊維は、後続の反応に利用可能である多数の反応性アミン基を与える。複合炭素繊維における利用可能な反応性アミン基の存在は、複合炭素繊維の炭素/窒素(N/C)比によって特徴付けられ得る。例えば、本発明による複合炭素繊維は、典型的に少なくとも0.125である窒素/炭素(N/C)比、より典型的には少なくとも0.150であるN/C比を示す。一実施形態において、複合炭素繊維は、約0.15〜0.3、例えば約0.15〜0.2及び約0.165〜0.195であるN/C比を有する。いくつかの実施形態において、複合炭素は、少なくとも0.120、例えば0.120〜0.200であるN/C比を有し得る。複合炭素繊維のN/C比は、X線光電子分光法(XPS)などの当分野で既知である分析方法を使用して決定され得る。 As noted above, composite carbon fibers provide a number of reactive amine groups that are available for subsequent reactions. The presence of available reactive amine groups in the composite carbon fiber can be characterized by the carbon / nitrogen (N / C) ratio of the composite carbon fiber. For example, composite carbon fibers according to the present invention typically exhibit a nitrogen / carbon (N / C) ratio of at least 0.125, more typically an N / C ratio of at least 0.150. In one embodiment, the composite carbon fiber has an N / C ratio that is about 0.15-0.3, such as about 0.15-0.2 and about 0.165-0.195. In some embodiments, the composite carbon may have an N / C ratio that is at least 0.120, such as from 0.120 to 0.200. The N / C ratio of the composite carbon fiber can be determined using analytical methods known in the art such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
本発明の実施形態による複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない同一の炭素繊維と比較して(例えばアミン官能化ポリマーの電解グラフト前の元の炭素繊維と比較して)、表面窒素濃度の増加も示し得る。例えば、本発明の実施形態による複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない同一の炭素繊維と比較して、少なくとも25%の窒素表面濃度の増加を示し得る。 Composite carbon fibers according to embodiments of the present invention are compared to the same carbon fibers that are not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface (eg compared to the original carbon fiber before electrografting the amine functionalized polymer). And may also show an increase in surface nitrogen concentration. For example, composite carbon fibers according to embodiments of the present invention may exhibit an increase in nitrogen surface concentration of at least 25% compared to identical carbon fibers that are not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface.
より詳細には、複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない同一の炭素繊維と比較して、少なくとも25%、少なくとも50%、少なくとも75%、少なくとも100%、少なくとも125%、少なくとも150%、少なくとも175%、少なくとも200%、少なくとも225%、少なくとも250%、少なくとも275%、少なくとも300%、少なくとも325%、少なくとも350%、少なくとも375%、少なくとも400%、少なくとも425%、少なくとも450%、少なくとも475%及び少なくとも500%の窒素表面濃度の増加を示し得る。 More particularly, the composite carbon fiber is at least 25%, at least 50%, at least 75%, at least 100%, at least 125 compared to the same carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. %, At least 150%, at least 175%, at least 200%, at least 225%, at least 250%, at least 275%, at least 300%, at least 325%, at least 350%, at least 375%, at least 400%, at least 425%, It can show an increase in nitrogen surface concentration of at least 450%, at least 475% and at least 500%.
一実施形態において、複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない同一の炭素繊維と比較して、約50〜5,000%の範囲の窒素表面濃度の増加を示し得る。好ましくは、複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない同一の炭素繊維と比較して、約50〜500%、より好ましくは約100〜500%、さらにより好ましくは約150〜500%の範囲に及ぶ窒素表面濃度の増加を示す。他の実施形態において、複合炭素繊維は、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない同一の炭素繊維と比較して、約100から250%、より典型的には約125から200%、さらにより典型的には約150から200%の範囲に及ぶ窒素表面濃度の増加を示し得る。複合炭素繊維の表面窒素濃度は、X線光電子分光法(XPS)などの当分野で既知の分析方法を使用しても測定され得る。 In one embodiment, the composite carbon fiber may exhibit an increase in nitrogen surface concentration in the range of about 50-5,000% compared to the same carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface. . Preferably, the composite carbon fiber is about 50-500%, more preferably about 100-500%, even more preferably about 50% compared to the same carbon fiber where the amine-functionalized polymer is not electrografted on the surface. Shows an increase in nitrogen surface concentration ranging from 150-500%. In other embodiments, the composite carbon fiber is about 100 to 250%, more typically about 125 to 200%, compared to the same carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface, Even more typically, it may show an increase in nitrogen surface concentration ranging from about 150 to 200%. The surface nitrogen concentration of the composite carbon fiber can also be measured using analytical methods known in the art such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
さらには、複合炭素繊維から作製された繊維強化複合材料は、層間強度の改善を示し得る。一実施形態において、本発明の実施形態による繊維強化複合材料は、炭素繊維の表面がアミン官能化ポリマーを含むように改質されていないことを除いて炭素繊維が同一である同様の繊維強化複合材料(以下、「非グラフト炭素繊維」と呼ぶ)と比較して、約5〜25%の範囲に及ぶSBSの増加を示し得る。好ましくは、繊維強化複合材料は、非グラフト炭素繊維を含む複合材料と比較して、約7から25%、より好ましくは約10〜25%の範囲に及ぶSBSの増加を示す。一実施形態において、繊維強化複合材料は、非グラフト炭素繊維を含む複合材料と比較して、約15〜25%の範囲のSBSの増加を示し得る。 Furthermore, fiber reinforced composite materials made from composite carbon fibers can exhibit improved interlayer strength. In one embodiment, a fiber reinforced composite material according to an embodiment of the present invention is a similar fiber reinforced composite in which the carbon fibers are identical except that the surface of the carbon fibers has not been modified to include an amine functionalized polymer. Compared to the material (hereinafter referred to as “non-grafted carbon fiber”), it may show an increase in SBS ranging from about 5 to 25%. Preferably, the fiber reinforced composite material exhibits an increase in SBS ranging from about 7 to 25%, more preferably from about 10 to 25%, compared to a composite material comprising non-grafted carbon fibers. In one embodiment, the fiber reinforced composite material may exhibit an increase in SBS in the range of about 15-25% compared to a composite material comprising non-grafted carbon fibers.
一実施形態において、複合炭素繊維から調製された繊維強化複合材料は、SBSによって特徴付けられるように約17〜25ksi、特に約18〜24ksi、より具体的には約20〜22ksiの層間強度を示す。 In one embodiment, fiber reinforced composite materials prepared from composite carbon fibers exhibit an interlaminar strength of about 17-25 ksi, particularly about 18-24 ksi, more specifically about 20-22 ksi as characterized by SBS. .
本発明の諸態様による複合炭素繊維は、アミン官能化ポリマーを含む槽溶液に炭素繊維を浸漬することによって調製され得る。この槽は、水性又は非水性であり得て、1種以上の電解質を含み得る。 Composite carbon fibers according to aspects of the present invention can be prepared by immersing the carbon fibers in a bath solution containing an amine functionalized polymer. The bath can be aqueous or non-aqueous and can contain one or more electrolytes.
好適な非水性溶媒の例としては、とりわけメタノール、エタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、テトラヒドロフラン及びアセトニトリルが挙げられ得る。 Examples of suitable non-aqueous solvents may include methanol, ethanol, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, tetrahydrofuran and acetonitrile, among others.
好適な電解質の例としては、中でも、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボラート、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロホスファート、テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスファート、テトラブチルホスホニウムヘキサフルオロホスファート、テトラエチルアンモニウムペルクロラート、テトラブチルアンモニウムペルクロラート、テトラエチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート、テトラブチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート、リチウムペルクロラート、リチウムヘキサフルオロホスファート、リチウムテトラフロオロボラート、リチウムトリフラート、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド及びリチウムビス(トリフルオロエタンスルホニル)イミドが挙げられ得る。 Examples of suitable electrolytes include, among others, tetraethylammonium tetrafluoroborate, tetrabutylammonium tetrafluoroborate, tetraethylammonium hexafluorophosphate, tetrabutylammonium hexafluorophosphate, tetrabutylphosphonium hexafluorophosphate, tetraethylammonium Perchlorate, tetrabutylammonium perchlorate, tetraethylammonium trifluoromethanesulfonate, tetrabutylammonium trifluoromethanesulfonate, lithium perchlorate, lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium triflate, lithium bis ( Trifluoromethanesulfonyl) imide and lithium bis (trif Is Oro ethanesulfonyl) imide may be mentioned.
槽中の電解質の濃度は、槽中の電解質溶液の全体積に対して、約0.01〜1Mの範囲に及び得る。一実施形態において、槽中の電解質の量は、約0.01〜0.5M、特に約0.015〜0.1M、より詳細には約0.02〜0.05Mである。 The concentration of the electrolyte in the bath can range from about 0.01 to 1M with respect to the total volume of the electrolyte solution in the bath. In one embodiment, the amount of electrolyte in the bath is about 0.01-0.5M, especially about 0.015-0.1M, more particularly about 0.02-0.05M.
槽中のアミン官能化ポリマーの濃度は、槽の全重量に対して約0.5〜5重量%の範囲に及び得る。一実施形態において、槽中のアミン官能化ポリマーの量は、約0.5〜2.5重量%、特に約0.75〜2重量%、より詳細には約1.0〜2.0重量%である。 The concentration of amine functionalized polymer in the bath can range from about 0.5 to 5% by weight relative to the total weight of the bath. In one embodiment, the amount of amine functionalized polymer in the bath is about 0.5-2.5 wt%, especially about 0.75-2 wt%, more particularly about 1.0-2.0 wt%. %.
図1に示すように、アミン官能化ポリマーを炭素繊維上に電解グラフトするための機構は、参照符号10によって表される。機構10は、電解槽12、電源14、陰極16及び炭素繊維18を含む。電源14は、導線20を介して(複数の)陰極16に接続され、導線22を介して炭素繊維18に接続されている。この機構は、その上に炭素繊維が方向付けられた1個以上のテフロン(登録商標)被覆プーリーも含み得る。この機構は、槽溶液を再循環させるためのポンプ(図示せず)も含み得る。炭素繊維が槽を通じて引き出された後、洗浄ステーション(洗浄機)30に誘導され、ここで繊維が脱イオン水によってすすがれる。次いで、複合繊維は乾燥機32を通過して、後で使用するために取上げスプーラ34に巻き取られ得る。いくつかの実施形態において、槽は電圧計(例えばデジタルマルチメータ)28に接続された参照電極24も含み得て、電圧計28は次いで導線26を介して陰極16に接続され得る。 As shown in FIG. 1, the mechanism for electrografting an amine functionalized polymer onto carbon fibers is represented by reference numeral 10. The mechanism 10 includes an electrolytic cell 12, a power source 14, a cathode 16 and a carbon fiber 18. The power supply 14 is connected to the cathode (s) 16 via a conductor 20 and is connected to the carbon fiber 18 via a conductor 22. The mechanism can also include one or more Teflon-coated pulleys with carbon fibers oriented thereon. This mechanism may also include a pump (not shown) for recirculating the bath solution. After the carbon fibers are drawn through the bath, they are directed to a washing station (washing machine) 30 where the fibers are rinsed with deionized water. The composite fiber can then pass through dryer 32 and be wound on take-up spooler 34 for later use. In some embodiments, the cell can also include a reference electrode 24 connected to a voltmeter (eg, digital multimeter) 28 that can then be connected to the cathode 16 via a conductor 26.
炭素繊維は、約30秒〜5分間の期間にわたって槽に暴露され得る。有利には、アミン官能化ポリマーは、約1〜2分間、特に約1分間に及ぶ暴露時間で炭素繊維上に電解グラフトされ得ることが見出されている。 The carbon fibers can be exposed to the bath over a period of about 30 seconds to 5 minutes. Advantageously, it has been found that amine functionalized polymers can be electrografted onto carbon fibers with exposure times ranging from about 1 to 2 minutes, in particular about 1 minute.
印加電圧は通例、約0.1〜10ボルトの範囲に及び、約0.5〜5ボルトの電圧が好ましい。 The applied voltage typically ranges from about 0.1 to 10 volts, with a voltage of about 0.5 to 5 volts being preferred.
本発明の実施形態において、多種多様のアミン官能化ポリマーが使用され得る。好ましくは、アミン官能化ポリマーは、炭素繊維表面への電解グラフトに利用可能であるか、又は樹脂マトリックスとの後続の反応に利用可能である、ポリマーの主鎖又は分枝に沿って分布する複数のアミン基を含む。例えば、好ましい実施形態において、アミン官能化ポリマーは、ポリマー構造に組入れられている複数のペンダントアミノ基、末端第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基又はその混合物を含む。 In embodiments of the present invention, a wide variety of amine functionalized polymers can be used. Preferably, the amine-functionalized polymer is available for electrografting to the carbon fiber surface or is available for subsequent reaction with the resin matrix and is distributed along the main chain or branch of the polymer. Containing amine groups. For example, in a preferred embodiment, the amine functionalized polymer comprises a plurality of pendant amino groups, terminal primary amino groups, secondary amino groups, tertiary amino groups or mixtures thereof incorporated into the polymer structure.
一実施形態において、アミン官能化ポリマーは式(I)及び(II)のポリマーを含む。
式(I)及び(II)において、R基は独立して水素、直鎖、分枝、環式若しくはアルキル基(飽和又は不飽和)、脂肪族基、芳香族基又はその混合物を表し得る。いくつかの実施形態において、Rは、上記の基に加えて、エトキシル化セグメント、複素環式化合物及びヘテロ原子を含み得る。 In formulas (I) and (II), the R groups can independently represent hydrogen, straight chain, branched, cyclic or alkyl groups (saturated or unsaturated), aliphatic groups, aromatic groups or mixtures thereof. In some embodiments, R can include ethoxylated segments, heterocyclic compounds, and heteroatoms in addition to the groups described above.
いくつかの実施形態において、Rは、アミン保護基、例えばカルボベンジルオキシ、メトキシベンジルカルボニル、tert−ブチルオキシカルボニル、9−フルオレニルメチルオキシカルボニル、アセチル、ベンゾイル、ベンジル、カルバマート、メトキシベンジル、3,4−ジメトキシベンジル、p−メトキシフェニル、トシル及びスルホンアミドも含み得る。 In some embodiments, R is an amine protecting group such as carbobenzyloxy, methoxybenzylcarbonyl, tert-butyloxycarbonyl, 9-fluorenylmethyloxycarbonyl, acetyl, benzoyl, benzyl, carbamate, methoxybenzyl, 3 , 4-dimethoxybenzyl, p-methoxyphenyl, tosyl and sulfonamide may also be included.
好ましい実施形態において、アミン官能化ポリマーは、炭素(例えば有機)系ポリマー主鎖を含み、このような主鎖は芳香族又は脂肪族(飽和又は不飽和)であり得る炭化水素系部分を含む。そのような主鎖は、C−C結合、C−O結合、C−N結合、C−S結合及びN−N結合を介して結合され得る。いくつかの実施形態において、主鎖は、ヘテロ原子、例えばO、N、Sが組入れられている炭化水素部分を含み得る。上述の部分は、複素環式性の部分であることもできる。他の実施形態において、アミン官能化ポリマーの主鎖は、シロキサン系ポリマーから誘導され得る。主鎖は架橋されていても、又は実質的に架橋がなくてもよい。 In preferred embodiments, the amine-functionalized polymer comprises a carbon (eg, organic) based polymer backbone, such a backbone comprising a hydrocarbon-based moiety that can be aromatic or aliphatic (saturated or unsaturated). Such backbones can be linked through C—C bonds, C—O bonds, C—N bonds, C—S bonds, and N—N bonds. In some embodiments, the backbone can include hydrocarbon moieties that incorporate heteroatoms such as O, N, S. The aforementioned part can also be a heterocyclic part. In other embodiments, the backbone of the amine functionalized polymer can be derived from a siloxane-based polymer. The main chain may be cross-linked or substantially free of cross-linking.
一般に、アミン官能化ポリマーは、約2,000を超える、特に約2,500を超える重量平均分子量(Mw)を有することが所望であり得る。アミン官能化ポリマーのMwには一般的な実用上の制限はないが、ポリマーは約5,000〜1,000,000の範囲に及ぶMwを有し得て、約15,000〜750,000の範囲に及ぶMwが幾分かより典型的であり、約15,000〜100,000の範囲に及ぶMwがより一層典型的である。当分野において既知であるように、ポリマーのMwは、静的光散乱技術を用いて決定され得る。 In general, it may be desirable for the amine functionalized polymer to have a weight average molecular weight (Mw) of greater than about 2,000, in particular greater than about 2,500. Although there is no general practical limit to the Mw of the amine functionalized polymer, the polymer can have a Mw ranging from about 5,000 to 1,000,000, and about 15,000 to 750,000. Mw ranging in the range is somewhat more typical, and Mw ranging from about 15,000 to 100,000 is more typical. As is known in the art, the Mw of a polymer can be determined using static light scattering techniques.
一実施形態において、アミン官能化ポリマーは、直鎖ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリプロピレンイミン及び直鎖ポリ(アリルアミン)(PAA)、ポリ(アリルアミン)をジビニルベンゼンによって分枝させることにより調製された分枝ポリ(アリルアミン)(PAADVB)並びにその混合物から選択される。好ましい実施形態において、アミン官能化ポリマーは、分枝ポリエチレンイミンである。 In one embodiment, the amine functionalized polymer comprises linear polyethyleneimine (PEI), branched polyethyleneimine (PEI), branched polypropyleneimine and linear poly (allylamine) (PAA), poly (allylamine) with divinylbenzene. Selected from branched poly (allylamine) (PAADVB) prepared by branching and mixtures thereof. In a preferred embodiment, the amine functionalized polymer is a branched polyethyleneimine.
一実施形態において、アミノ官能化ポリマーは、コポリマーを含み得る。例えば、アミン官能化ポリマーは、アミン官能基を含有するモノマーと含有しないモノマーとの混合物から誘導されるポリマー構造を含み得る。そのようなコポリマーの例としては、ブロックコポリマー及びこのようなコポリマーから誘導されるコア−シェル粒子が挙げられる。ブロックコポリマー(例えば、米国特許第6,894,113号を参照のこと)及びコア−シェル粒子(例えば、欧州特許出願公開第1632533A1号、米国特許出願公開第2008/0251203A1号、欧州特許出願公開第2123711A号、欧州特許出願公開第2135909A1号及び欧州特許出願公開第2256163A1号を参照のこと)の両方が、エポキシ系樹脂への強化添加剤として、文献に広く記載されている。Bergらによる文献に記載されている、そのようなコポリマー及びコア−シェル粒子の最も興味深くかつ関連性のある例の1つ(Nguyen,F.;Saks,A.;Berg,J.C.J.Adhesion Sci.Technol.2007,21,pp.1375−1393;Leonard,G.C.;Hosseinpour,D.;Berg,J.C.J.Adhesion Sci.Technol.2009,23,pp.2031−2046.)が挙げられ、ここで外部シェルは、ポリスチレン製のコア粒子上に重合されたポリエチレンイミンからなる。 In one embodiment, the amino functionalized polymer can comprise a copolymer. For example, an amine functionalized polymer can include a polymer structure derived from a mixture of monomers that contain amine functional groups and monomers that do not. Examples of such copolymers include block copolymers and core-shell particles derived from such copolymers. Block copolymers (see, for example, US Pat. No. 6,894,113) and core-shell particles (see, for example, European Patent Application Publication No. 1632533A1, US Patent Application Publication No. 2008 / 0251203A1, European Patent Application Publication No. No. 2123711A, European Patent Application Publication No. 2135909A1 and European Patent Application Publication No. 2256163A1) are widely described in the literature as reinforcing additives to epoxy resins. One of the most interesting and relevant examples of such copolymers and core-shell particles described in the literature by Berg et al. (Nguyen, F .; Saks, A .; Berg, JCJ. Adhesion Sci.Technol.2007, 21, pp.1375-1393; Leonard, GC; Hosseinpour, D.; Berg, JCJ Adhesion Sci.Technol. 2009, 23, pp.2031-2046. Where the outer shell consists of polyethyleneimine polymerized onto polystyrene core particles.
一実施形態において、アミン官能化ポリマーは、ポリシロキサンポリマー主鎖を有するものとすることができる。そのようなポリマーの例の1つは、表面上にアミン官能基を有し、コアとして架橋ポリシロキサン構造を有するゾルゲル粒子の調製について著者が記載した、国際公開第2004/035675A1号に見出すことができる。 In one embodiment, the amine functionalized polymer can have a polysiloxane polymer backbone. One example of such a polymer can be found in WO 2004/035675 A1, which the author has described for the preparation of sol-gel particles having amine functional groups on the surface and having a crosslinked polysiloxane structure as the core. it can.
一実施形態において、アミン官能化ポリマーはポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマーを含み得る。PAMAMデンドリマーは、通例エチレンジアミンコア、反復分枝アミドアミン内部構造及び第1級アミン表面を含む超分枝ポリマーである。デンドリマーは、各ステップが前の世代のおよそ2倍の数の反応性表面部位を有し、そしておよそ2倍の分子量を有する新しい世代のデンドリマーを生成する反復方法において、中心コアから成長する。PAMAMデンドリマーの世代0及び世代1の例を以下に示す。
また別の実施形態において、アミン官能化ポリマーは、Buchmanらによって記載された高度分枝ポリアミドアミンを含み得る(Dodiuk−Kenig,H.;Buchman,A.;Kenig,S.Composite Interfaces 2004,11,pp.453−469 及びその中の参考文献)。そこでは、高度分枝アミン官能性ポリマーの合成はアミン−エポキシ反応に基づいている。 In yet another embodiment, the amine functionalized polymer may comprise a highly branched polyamidoamine described by Buchman et al. (Dodiuk-Kenig, H .; Buchman, A .; Kenig, S. Composite Interfaces 2004, 11, pp. 453-469 and references therein). Therein, the synthesis of highly branched amine functional polymers is based on the amine-epoxy reaction.
いくつかの実施形態において、アミン官能化ポリマーは、ブロックコポリマー及びコア−シェル粒子を含み得る。例えば、一実施形態において、アミン官能化ポリマーは、直鎖ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリプロピレンイミン及び直鎖ポリ(アリルアミン)(PAA)、ポリ(アリルアミン)をジビニルベンゼンによって分枝させることにより調製された分枝ポリ(アリルアミン)(PAADVB)及びその組合せのブロックコポリマー及びコア−シェル粒子を含み得る。 In some embodiments, the amine functionalized polymer can include block copolymers and core-shell particles. For example, in one embodiment, the amine functionalized polymer comprises linear polyethyleneimine (PEI), branched polyethyleneimine (PEI), branched polypropyleneimine and linear poly (allylamine) (PAA), poly (allylamine) divinyl. It may include block copolymers and core-shell particles of branched poly (allylamine) (PAADVB) and combinations thereof prepared by branching with benzene.
本発明の実施形態に従って、多種多様の異なる炭素繊維が使用され得る。一実施形態において、炭素繊維は航空宇宙グレードの炭素と考えられ、少なくとも400ksi(2,758MPa)の引張強度を有し得る。炭素繊維は、例えば450ksi、500ksi、550ksi、600、ksi、650ksi、700ksi、750ksi、800ksi、850ksi、900ksi、950ksi又は1,000ksiの少なくとも1つの引張強度を有し得る。一実施形態において、炭素繊維は、約400〜1200ksi、特に約600〜1,050ksi、より詳細には約700〜950ksiの引張強度を有し得る。 A wide variety of different carbon fibers can be used in accordance with embodiments of the present invention. In one embodiment, the carbon fibers are considered aerospace grade carbon and may have a tensile strength of at least 400 ksi (2,758 MPa). The carbon fiber may have at least one tensile strength of, for example, 450 ksi, 500 ksi, 550 ksi, 600, ksi, 650 ksi, 700 ksi, 750 ksi, 800 ksi, 850 ksi, 900 ksi, 950 ksi or 1,000 ksi. In one embodiment, the carbon fibers may have a tensile strength of about 400 to 1200 ksi, particularly about 600 to 1,050 ksi, more particularly about 700 to 950 ksi.
好ましくは、炭素繊維はトウに配置される。「トウ」(「ロービング」又は単に「繊維」と呼ばれる場合がある)はマルチフィラメント繊維である。1トウ当たりのフィラメント数は、例えば100〜30,000であり得る。トウは、プリプレグ形成(例えばマトリックス樹脂組成物の硬化)条件下で熱的及び化学的に安定であるべきである。 Preferably, the carbon fiber is disposed on the tow. “Tow” (sometimes called “roving” or simply “fiber”) is a multifilament fiber. The number of filaments per tow can be, for example, 100 to 30,000. The tow should be thermally and chemically stable under prepreg formation (eg, curing of the matrix resin composition).
通例、繊維は、0.5〜30ミクロン、好ましくは2〜20ミクロン、より好ましくは2〜15ミクロンの範囲の直径を有する円形又は略円形の断面を有する。重量に関して、個々のトウは、例えば200〜3,000g/1000メートル、600〜2,000g/1000メートル又は750〜1750g/1000メートルの重量を有し得る。好ましい実施形態において、個々のトウは、200〜500g/1,000メートルの重量を有し得る。 Typically, the fibers have a circular or substantially circular cross section with a diameter in the range of 0.5-30 microns, preferably 2-20 microns, more preferably 2-15 microns. In terms of weight, individual tows can have a weight of, for example, 200 to 3,000 g / 1000 meters, 600 to 2,000 g / 1000 meters, or 750 to 1750 g / 1000 meters. In a preferred embodiment, individual tows can have a weight of 200-500 g / 1,000 meters.
いくつかの実施形態において、炭素繊維は、アミン官能化ポリマーを繊維上に電解グラフトする前に表面処理され得る。他の実施形態において、炭素繊維は電解グラフトの前に未処理であり得る。好ましくは、炭素繊維は、電解グラフトの前に、繊維の引張強度を低下させる可能性があるいずれの処理にも供されない。例えば、様々な実施形態において、炭素繊維は、800℃を超える温度などの蒸気雰囲気中での高温処理、又はプラズマ処理に供されない。 In some embodiments, the carbon fibers can be surface treated prior to electrografting the amine functionalized polymer onto the fibers. In other embodiments, the carbon fibers can be untreated prior to electrografting. Preferably, the carbon fibers are not subjected to any treatment that can reduce the tensile strength of the fibers prior to electrolytic grafting. For example, in various embodiments, the carbon fibers are not subjected to a high temperature treatment in a steam atmosphere, such as a temperature above 800 ° C., or a plasma treatment.
いくつかの実施形態において、アミン官能化ポリマーの炭素繊維への結合前に、繊維がサイジング処理(size)されていない、又は少なくともサイジング除去(de−size)されていることが所望であり得る。一実施形態において、複合炭素繊維は、用途に応じて、当業者に既知である配合物によってサイジング処理又はサイジング除去のいずれかがなされたものとして使用され得る。 In some embodiments, it may be desirable for the fibers to be unsized, or at least de-sized, prior to bonding of the amine functionalized polymer to the carbon fibers. In one embodiment, the composite carbon fiber can be used as either sized or removed by a formulation known to those skilled in the art, depending on the application.
好適な炭素繊維の例としては、HEXTOW(登録商標)AS−4、AS−7、IM−7、IM−8、IM−9及びIM−10並びにHM−63炭素繊維が挙げられ、そのすべてがヘクセル社(カリフォルニア州ダブリン)から入手可能なPAN系連続繊維である。IM−7からIM−10は、それぞれ820ksi、880ksi、890ksi及び1,010ksiの最小引張強度を有する12,000(12K)フィラメント数トウとして入手可能な、高性能、中間弾性率の連続PAN系炭素繊維である。 Examples of suitable carbon fibers include HEXTOW® AS-4, AS-7, IM-7, IM-8, IM-9 and IM-10 and HM-63 carbon fibers, all of which PAN continuous fiber available from Hexel (Dublin, Calif.). IM-7 to IM-10 are high performance, medium elastic continuous PAN based carbons available as 12,000 (12K) filament number tows with minimum tensile strengths of 820 ksi, 880 ksi, 890 ksi and 1,010 ksi respectively. Fiber.
他の炭素製造者による炭素繊維も、本発明のいくつかの実施形態において使用され得る。例えば、いくつかの実施形態において、好適な炭素繊維としては、トルコ、イスタンブールのDow Aksa Ileri Kompozit Malzemeler Saai Ltd,Stiから入手可能なAksaca 3K A−38、6K A−38、12K A−42、24K A−42、12K A−49及び24K A−49炭素繊維が挙げられ得る。これらの製品名称は、数千のフィラメント/ロービングのおおよその数(例えば、3Kは3,000フィラメントである)、及び数百MPaの繊維のおおよその引張強度(A−38は3,800MPaの引張強度を示す)を示す。本発明の実施形態に従って使用され得る他の炭素繊維は、東レ株式会社から入手可能である、T700及びT800を含むと考えられる。 Carbon fibers from other carbon manufacturers can also be used in some embodiments of the present invention. For example, in some embodiments, suitable carbon fibers include Aksaca 3K A-38, 6K A-38, 12K A-42, 24K available from Dow Aksa Ileri Kompozit Malzemeler Saai Ltd, Sti, Istanbul, Turkey. A-42, 12K A-49 and 24K A-49 carbon fibers may be mentioned. These product names are the approximate number of thousands of filaments / rovings (eg 3K is 3,000 filaments) and the approximate tensile strength of fibers of several hundred MPa (A-38 is a tensile of 3,800 MPa) Indicating strength). Other carbon fibers that can be used in accordance with embodiments of the present invention are believed to include T700 and T800, available from Toray Industries, Inc.
本発明の実施形態による複合炭素繊維は、多種多様の強化構造に使用することができる。例えば、複合繊維は、最終強化複合材料に必要な所望の特性に応じて1方向、2方向又は多方向の強化構造を形成するように配置され得る。複合炭素繊維は、トウ又は布の形態であり得て、ランダム、製編、不織、多軸(例えばノンクリンプ布)、編組又は他の任意の好適なパターンの形態であり得る。 Composite carbon fibers according to embodiments of the present invention can be used in a wide variety of reinforcing structures. For example, the composite fibers can be arranged to form a unidirectional, bi-directional or multi-directional reinforcing structure depending on the desired properties required for the final reinforced composite material. The composite carbon fibers can be in the form of tows or fabrics, and can be in the form of random, knitted, non-woven, polyaxial (eg, non-crimped fabric), braided or any other suitable pattern.
1方向繊維層が使用される場合、複合繊維の配向は同じであり得るか、又はプリプレグスタック全体にわたって変化して、いわゆるノンクリンプ布(NCF)を形成し得る。しかし、これは1方向繊維層のスタックで考えられる多くの配向の1つにすぎない。例えば、隣接層の1方向繊維は、隣接繊維層間の角度を示す、いわゆる0/90の配置で互いに直交して配置され得る。多くの他の配置の中でも、0/+45/−45/90などの他の配置ももちろん可能である。一実施形態において、炭素繊維は、150〜2,000g/m2、特に300〜1600g/m2の坪量を有する編組布又はノンクリンプ布を含み得る。 When unidirectional fiber layers are used, the orientation of the bicomponent fibers can be the same or can vary throughout the prepreg stack to form a so-called non-crimp fabric (NCF). However, this is only one of many orientations that can be considered in a stack of unidirectional fiber layers. For example, unidirectional fibers in adjacent layers can be arranged orthogonal to each other in a so-called 0/90 arrangement that indicates the angle between adjacent fiber layers. Of course, other arrangements such as 0 / + 45 / −45 / 90 are possible, among many other arrangements. In one embodiment, carbon fibers, 150~2,000g / m 2, may in particular comprise a braided fabric or non-crimp fabric having a basis weight of 300~1600g / m 2.
本発明の実施形態によるプリプレグは、炭素繊維又は炭素繊維を含む布にエポキシ樹脂などの樹脂組成物を注入することによって製造され得る。 The prepreg according to the embodiment of the present invention can be manufactured by injecting a resin composition such as an epoxy resin into carbon fiber or a cloth containing carbon fiber.
本発明の実施において、多種多様の異なる樹脂組成物が使用され得る。好ましくは、樹脂組成物は架橋性熱硬化系を含む。熱硬化性樹脂の好適な例としては、エポキシ系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、シアネートエステル系樹脂及びフェノール系樹脂が挙げられ得る。本発明において使用され得る適切なビスマレイミド(BMI)樹脂の例は、商品名HEXPLY(登録商標)でヘクセル社から入手可能である。 A wide variety of different resin compositions may be used in the practice of the present invention. Preferably, the resin composition includes a crosslinkable thermosetting system. Suitable examples of thermosetting resins include epoxy resins, bismaleimide resins, cyanate ester resins, and phenol resins. An example of a suitable bismaleimide (BMI) resin that can be used in the present invention is available from Hexel under the trade name HEXPLY®.
いくつかの実施形態において、樹脂組成物は熱可塑性樹脂を含み得る。好適な熱可塑性樹脂の例としては、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、例えばポリエーテルエーテルケトン(PEEK)及びポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ナイロンなどのポリアミド、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリベンズイミダゾール(PBI)及びポリカーボネート(PC)が挙げられ得る。 In some embodiments, the resin composition may include a thermoplastic resin. Examples of suitable thermoplastic resins include polyaryl ether ketones (PAEK) such as polyether ether ketone (PEEK) and polyether ketone ketone (PEKK), polyamides such as nylon, polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide ( Mention may be made of PEI), polyphenylene oxide (PPO), polyethersulfone (PES), polybenzimidazole (PBI) and polycarbonate (PC).
一実施形態において、樹脂組成物はエポキシ樹脂組成物を含み得る。通例、樹脂組成物は、55〜75重量パーセントの、1種以上のエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂成分を含み得る。エポキシ樹脂は、高性能航空宇宙用エポキシに使用されている任意のエポキシ樹脂から選択され得る。2官能性、3官能性及び4官能性エポキシ樹脂が使用され得る。一実施形態において、エポキシ樹脂は、実質的に3官能性エポキシ化合物から構成され得る。所望ならば、4官能性エポキシが含まれ得る。3官能価及び4官能価エポキシの相対量は、当業者に既知であるように変化させてよい。 In one embodiment, the resin composition may include an epoxy resin composition. Typically, the resin composition may include 55 to 75 weight percent of an epoxy resin component that includes one or more epoxy resins. The epoxy resin can be selected from any epoxy resin used in high performance aerospace epoxies. Bifunctional, trifunctional and tetrafunctional epoxy resins can be used. In one embodiment, the epoxy resin can consist essentially of a trifunctional epoxy compound. If desired, a tetrafunctional epoxy can be included. The relative amounts of trifunctional and tetrafunctional epoxies may be varied as is known to those skilled in the art.
3官能性エポキシ樹脂は、化合物の主鎖中のフェニル環にてパラ配向又はメタ配向で直接又は間接的に置換された3個のエポキシ基を有すると理解される。4官能性エポキシ樹脂は、化合物の主鎖に4個のエポキシ基を有すると理解される。好適な置換基の例としては、水素、ヒドロキシル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、アリール基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アラルキル基、ハロ基、ニトロ基又はシアノ基が挙げられる。好適な非エポキシ置換基は、パラ位又はオルト位でフェニル環に結合され得るか、又はエポキシ基によって占有されていないメタ位で結合され得る。 A trifunctional epoxy resin is understood to have three epoxy groups that are substituted directly or indirectly in a para or meta orientation on the phenyl ring in the main chain of the compound. A tetrafunctional epoxy resin is understood to have four epoxy groups in the main chain of the compound. Examples of suitable substituents include hydrogen, hydroxyl group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxyl group, aryl group, aryloxy group, aralkyloxy group, aralkyl group, halo group, nitro group or cyano group. It is done. Suitable non-epoxy substituents can be attached to the phenyl ring at the para or ortho position, or can be attached at the meta position not occupied by an epoxy group.
好適な3官能性エポキシ樹脂の例としては、フェノール及びクレゾールエポキシノボラック、フェノール−アルデヒド付加体のグリシジルエーテル、芳香族エポキシ樹脂、ジ脂肪族トリグリシジルエーテル、脂肪族ポリグリシジルエーテル、エポキシ化オレフィン、臭素化樹脂、芳香族グリシジルアミン及びグリシジルエーテル、複素環式グリシジルイミジン及びアミド、グリシジルエーテル、フッ素化エポキシ樹脂又はその任意の組合せを含んでなるものが挙げられる。好ましい三官能性エポキシは、パラアミノフェノールのトリグリシジルエーテルであり、これは、Huntsman Advanced Materials(モンテー、スイス)からAraldite MY 0500又はMY 0510として市販されている。特に好ましい3官能性エポキシはメタ−アミノフェノールのトリグリシジルエーテルであり、これはハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ(モンテー、スイス)から商品名Araldite MY0600及び住友化学株式会社(大阪、日本)から商品名ELM−120で市販されている。 Examples of suitable trifunctional epoxy resins include phenol and cresol epoxy novolac, glycidyl ether of phenol-aldehyde adduct, aromatic epoxy resin, dialiphatic triglycidyl ether, aliphatic polyglycidyl ether, epoxidized olefin, bromine Resins comprising aromatic resins, aromatic glycidyl amines and glycidyl ethers, heterocyclic glycidyl imidines and amides, glycidyl ethers, fluorinated epoxy resins or any combination thereof. A preferred trifunctional epoxy is the triglycidyl ether of paraaminophenol, which is commercially available as Araldite MY 0500 or MY 0510 from Huntsman Advanced Materials (Montery, Switzerland). A particularly preferred trifunctional epoxy is triglycidyl ether of meta-aminophenol, which is trade name Araldite MY0600 from Huntsman Advanced Materials (Monter, Switzerland) and trade name ELM from Sumitomo Chemical Co., Ltd. (Osaka, Japan). -120 commercially available.
好適な4官能性エポキシ樹脂の例としては、フェノール及びクレゾールエポキシノボラック、フェノール−アルデヒド付加体のグリシジルエーテル、芳香族エポキシ樹脂、ジ脂肪族トリグリシジルエーテル、脂肪族ポリグリシジルエーテル、エポキシ化オレフィン、臭素化樹脂、芳香族グリシジルアミン及びグリシジルエーテル、複素環式グリシジルイミジン及びアミド、グリシジルエーテル、フッ素化エポキシ樹脂又はその任意の組合せを含んでなるものが挙げられる。好ましい4官能性エポキシは、N,N,N’,N’−テトラグリシジルメチレンジアニリンであり、これはハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ(モンテー、スイス)からAraldite MY0720又はMY0721として市販されている。 Examples of suitable tetrafunctional epoxy resins include phenol and cresol epoxy novolaks, glycidyl ethers of phenol-aldehyde adducts, aromatic epoxy resins, dialiphatic triglycidyl ethers, aliphatic polyglycidyl ethers, epoxidized olefins, bromines Resins comprising aromatic resins, aromatic glycidyl amines and glycidyl ethers, heterocyclic glycidyl imidines and amides, glycidyl ethers, fluorinated epoxy resins or any combination thereof. A preferred tetrafunctional epoxy is N, N, N ', N'-tetraglycidylmethylenedianiline, which is commercially available from Huntsman Advanced Materials (Monter, Switzerland) as Araldite MY0720 or MY0721.
所望ならば、エポキシ樹脂成分は、2官能性エポキシ、例えばビスフェノールA(ビスA)又はビスフェノールF(ビスF)エポキシ樹脂も含み得る。 If desired, the epoxy resin component may also include a bifunctional epoxy, such as bisphenol A (bis A) or bisphenol F (bis F) epoxy resin.
好適なエポキシ樹脂の例としては、多価フェノール化合物のジグリシジルエーテル、例えばレゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールAP(1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン)、ビスフェノールF、ビスフェノールK、ビスフェノールM、テトラメチルビフェノールのジグリシジルエーテル;脂肪族グリコール及びポリエーテルグリコールのジグリシジルエーテル、例えばC2−24アルキレングリコール及びポリ(エチレンオキシド)又はポリ(プロピレンオキシド)グリコールのジグリシジルエーテル;フェノール−ホルムアルデヒドノボラック樹脂、アルキル置換フェノール−ホルムアルデヒド樹脂(エポキシノボラック樹脂)、フェノール−ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、クレゾール−ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール樹脂及びジシクロペンタジエン置換フェノール樹脂のポリグリシジルエーテル;並びにその任意の組合せが挙げられ得る。 Examples of suitable epoxy resins include diglycidyl ethers of polyhydric phenol compounds such as resorcinol, catechol, hydroquinone, bisphenol, bisphenol A, bisphenol AP (1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -1-phenylethane) Diglycidyl ethers of bisphenol F, bisphenol K, bisphenol M, tetramethylbiphenol; diglycidyl ethers of aliphatic glycols and polyether glycols, such as C 2-24 alkylene glycols and poly (ethylene oxide) or poly (propylene oxide) glycols Diglycidyl ether; phenol-formaldehyde novolac resin, alkyl-substituted phenol-formaldehyde resin (epoxy novolac resin), phenol-hyd Mention may be made of droxybenzaldehyde resins, cresol-hydroxybenzaldehyde resins, dicyclopentadiene-phenolic resins and polyglycidyl ethers of dicyclopentadiene-substituted phenolic resins; and any combination thereof.
好適なジグリシジルエーテルとしては、例えば、ダウ・ケミカル・カンパニーによってD.E.R.(登録商標)330樹脂、D.E.R.(登録商標)331樹脂、D.E.R.(登録商標)332樹脂、D.E.R.(登録商標)383樹脂、D.E.R.(登録商標)661樹脂及びD.E.R.(登録商標)662樹脂の名称で並びにAraldite GY6010(ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ)として販売されている、ビスフェノールA樹脂のジグリシジルエーテルが挙げられる。例示的なビス−Fエポキシ樹脂は、Araldite GY281及びGY285(ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ)として市販されている。 Suitable diglycidyl ethers include, for example, D.I. E. R. (Registered trademark) 330 resin, D.I. E. R. (Registered trademark) 331 resin, D.I. E. R. (Registered trademark) 332 resin, D.I. E. R. (Registered trademark) 383 resin; E. R. (Registered trademark) 661 resin and D.I. E. R. (Registered trademark) 662 resin and diglycidyl ether of bisphenol A resin sold as Araldite GY6010 (Huntsman Advanced Materials). Exemplary bis-F epoxy resins are commercially available as Araldite GY281 and GY285 (Huntsman Advanced Materials).
市販のポリグリコールのジグリシジルエーテルとしては、ダウ・ケミカルによりD.E.R.(登録商標)732及びD.E.R.(登録商標)736として販売されているものが挙げられる。 Commercially available diglycidyl ethers of polyglycol include D.C. E. R. (Registered trademark) 732 and D.I. E. R. What is marketed as (registered trademark) 736 is mentioned.
エポキシノボラック樹脂も使用され得る。このような樹脂は、ダウ・ケミカル・カンパニーからD.E.N.(登録商標)354、D.E.N.(登録商標)431、D.E.N.(登録商標)438及びD.E.N.(登録商標)439として市販されている。 Epoxy novolac resins can also be used. Such resins are available from Dow Chemical Company as D.I. E. N. (Registered trademark) 354, D.I. E. N. (Registered trademark) 431, D.I. E. N. (Registered trademark) 438 and D.I. E. N. (Registered trademark) 439 is commercially available.
エポキシ樹脂成分は、任意選択で、5〜20重量%の熱可塑性強化剤を含み得る。熱可塑性強化剤は、高性能エポキシ樹脂の作製に使用されることが周知である。例示的な強化剤としては、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアミド(PA)及びポリアミドイミド(PAI)が挙げられる。PESは様々な化学薬品製造業者から市販されている。一例として、PESは住友化学株式会社(大阪、日本)から商品名スミカエクセル5003pで入手できる。ポリエーテルイミドは、Sabic(ドバイ)からULTEM 1000Pとして市販されている。ポリアミドイミドは、ソルベイ・アドバンスド・ポリマーズ(アルファレッタ、ジョージア州)から、TORLON 4000TFとして市販されている。熱可塑性成分は、硬化剤の添加前にエポキシ樹脂成分と混合される粉末として供給されることが好ましい。 The epoxy resin component can optionally include 5-20% by weight of a thermoplastic toughening agent. It is well known that thermoplastic toughening agents are used to make high performance epoxy resins. Exemplary toughening agents include polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), polyamide (PA) and polyamideimide (PAI). PES is commercially available from various chemical manufacturers. As an example, PES is available from Sumitomo Chemical Co., Ltd. (Osaka, Japan) under the trade name Sumika Excel 5003p. Polyetherimide is commercially available from Sabic (Dubai) as ULTEM 1000P. Polyamideimide is commercially available as TORLON 4000TF from Solvay Advanced Polymers (Alpharetta, GA). The thermoplastic component is preferably supplied as a powder that is mixed with the epoxy resin component prior to the addition of the curing agent.
エポキシ樹脂組成物はまた、性能向上剤及び/又は改質剤などの追加成分も含み得る。性能向上剤又は改質剤は、例えば柔軟剤、粒状充填剤、ナノ粒子、コア/シェルゴム粒子、難燃剤、湿潤剤、顔料/染料、導電性粒子及び粘度調節剤から選択され得る。 The epoxy resin composition may also include additional components such as performance enhancers and / or modifiers. The performance enhancer or modifier may be selected from, for example, softeners, particulate fillers, nanoparticles, core / shell rubber particles, flame retardants, wetting agents, pigments / dyes, conductive particles and viscosity modifiers.
いくつかの実施形態において、注入工程は、樹脂組成物の粘度がさらに低下するように、高められた温度で実施され得る。しかし、樹脂組成物の望ましくないレベルの硬化が起こるほど、十分な時間にわたってあまり高温であってはならない。 In some embodiments, the injecting step can be performed at an elevated temperature such that the viscosity of the resin composition is further reduced. However, it should not be so hot for a sufficient time that an undesirable level of curing of the resin composition occurs.
本発明の好ましい実施形態において、樹脂組成物の炭素繊維への注入/含浸は、樹脂が繊維内及び繊維間を流れるのに十分な温度で行われる。例えば、樹脂組成物の注入温度は100〜200℃の範囲内、120〜180℃の範囲内であってよく、特に約150℃の温度がより好ましい。上記の範囲外の温度範囲も使用され得ることを認識すべきである。しかし、より高い又はより低い注入温度の使用には、注入工程が行われる機械速度の調整が通例必要である。例えば、約175℃より高い温度では、樹脂組成物が高温に暴露される期間を短縮して、樹脂組成物の望ましくない架橋を回避するために、より高い機械速度で注入工程を行うことが必要であり得る。 In a preferred embodiment of the present invention, the injection / impregnation of the resin composition into the carbon fibers is performed at a temperature sufficient for the resin to flow within and between the fibers. For example, the injection temperature of the resin composition may be in the range of 100 to 200 ° C, in the range of 120 to 180 ° C, and more preferably about 150 ° C. It should be appreciated that temperature ranges outside the above ranges can also be used. However, the use of higher or lower injection temperatures typically requires adjustment of the machine speed at which the injection process takes place. For example, at temperatures above about 175 ° C., it is necessary to perform the injection process at a higher mechanical speed to reduce the period of time the resin composition is exposed to high temperatures and avoid unwanted crosslinking of the resin composition. It can be.
同様に、所望のレベルの注入を得て、これによりプリプレグ中の空隙を減少させるために、より低い注入温度を使用すると、エポキシ樹脂組成物を繊維材料に注入するためにより低い機械速度が通例必要となる。 Similarly, lower machine speeds are typically required to inject the epoxy resin composition into the fiber material when using a lower injection temperature to obtain the desired level of injection and thereby reduce voids in the prepreg. It becomes.
通例、樹脂組成物は、この範囲の温度で炭素繊維に適用され、例えば1対以上のニップローラーを通過することにより加えられる圧力によって繊維内に圧密化される。 Typically, the resin composition is applied to the carbon fiber at a temperature in this range and is consolidated into the fiber, for example by pressure applied by passing through one or more pairs of nip rollers.
本発明のさらなる態様は、本発明の実施形態に従ってプリプレグを調製する方法に関する。第1ステップにおいて、エポキシ樹脂組成物をシート材料上に押出して、その上に薄膜コーティングを形成する。シート材料は剥離フィルム又は剥離紙を含み、これからエポキシ樹脂組成物のフィルムコーティングが、プリプレグ加工工程中に繊維材料に転写され得る。エポキシ樹脂組成物のフィルムをシート材料上にデポジットさせた後、フィルムコーティングを有するシート材料をチルロール上に通過させてエポキシ樹脂組成物が冷却され得る。シート材料は次いで、将来使用するために、通例ロールに巻き取られる。 A further aspect of the invention relates to a method for preparing a prepreg according to an embodiment of the invention. In the first step, the epoxy resin composition is extruded onto a sheet material to form a thin film coating thereon. The sheet material includes a release film or paper from which the film coating of the epoxy resin composition can be transferred to the fiber material during the prepreg processing step. After depositing a film of the epoxy resin composition on the sheet material, the sheet material having a film coating can be passed over a chill roll to cool the epoxy resin composition. The sheet material is then typically wound on a roll for future use.
実施例 Example
試験方法 Test method
X線光電子分光法(XPS) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
炭素繊維試料のXPS分析は、受光角±7°及び取り出し角50°で、単色化されたAl kα 1486.6eVのX線源を備えた装置PHI 5701LSciで行った。分析面積は2mm×0.8mmであった。得られた値は、検出した元素を用いて100%に正規化した。微量元素は報告されなかった。 The XPS analysis of the carbon fiber sample was carried out with an apparatus PHI 5701LSci equipped with a monochromated Al kα 1486.6 eV X-ray source with an acceptance angle of ± 7 ° and an extraction angle of 50 °. The analysis area was 2 mm × 0.8 mm. The obtained value was normalized to 100% using the detected element. Trace elements were not reported.
試験試料は、スプールから20cmの試料を切り取り、続いて溶媒中で30分間超音波処理することによって調製した。15分後に溶媒を新しいものに変えた。繊維試料を減圧下80℃にて一晩乾燥させた。 Test samples were prepared by cutting a 20 cm sample from the spool followed by sonication in a solvent for 30 minutes. After 15 minutes, the solvent was changed to a new one. Fiber samples were dried overnight at 80 ° C. under reduced pressure.
引張強度 Tensile strength
炭素繊維試料の引張強度は、ASTM D−4018に記載の手順に従って測定した。 The tensile strength of the carbon fiber sample was measured according to the procedure described in ASTM D-4018.
ショートビーム剪断(SBS) Short beam shear (SBS)
ASTM D 2344に従って、SBSを用いて繊維強化複合材料の層間強度を評価するために、様々な積層パネルを作製した。試料幅は0.25±0.005インチであった。4:1のスパン対深さ比を使用した。各試料につき9個の複製物を試験した。 In order to evaluate the interlaminar strength of fiber reinforced composites using SBS according to ASTM D 2344, various laminated panels were made. The sample width was 0.25 ± 0.005 inches. A span to depth ratio of 4: 1 was used. Nine replicates were tested for each sample.
積層パネル試料は、BMI又はエポキシ樹脂のいずれかを使用して作製した。BMI注入積層体は190g/m2の坪量を有し、12層の炭素繊維を敷設することによって作製した。エポキシ注入積層体は145g/m2の坪量を有し、16層の炭素繊維を敷設することによって作製した。炭素繊維を手で又は張力スタンドを用いて敷設した。すべての層は0°の向きを有し、BMI又はエポキシテープ上に敷設した。次いでパネルを切断し、プレスしてプリプレグを形成した。炭素繊維の長さは約30メートルであった。積層パネルを以下に従って硬化させた。 Laminated panel samples were made using either BMI or epoxy resin. The BMI-injected laminate had a basis weight of 190 g / m 2 and was made by laying 12 layers of carbon fibers. The epoxy injection laminate had a basis weight of 145 g / m 2 and was made by laying 16 layers of carbon fibers. Carbon fiber was laid by hand or using a tension stand. All layers had a 0 ° orientation and were laid on BMI or epoxy tape. The panel was then cut and pressed to form a prepreg. The length of the carbon fiber was about 30 meters. The laminated panel was cured according to the following.
エポキシ注入積層パネルを、オートクレーブ内で、2つのサイクルを使用して硬化させた。 The epoxy injected laminated panel was cured using two cycles in an autoclave.
1)硬化サイクル:積層パネルを240°Fまで加熱し、これを85PSIの圧力にて65分間保持した。次にパネルを350°Fまで加熱し、100PSIの圧力にて120分間保持した。次いでパネルを毎分3°Fの速度で140°Fまで冷却した。 1) Curing cycle: The laminated panel was heated to 240 ° F. and held at 65 PSI for 65 minutes. The panel was then heated to 350 ° F. and held at a pressure of 100 PSI for 120 minutes. The panel was then cooled to 140 ° F. at a rate of 3 ° F. per minute.
2)後硬化サイクル:次にパネルを350°Fに加熱し、この温度を4時間保持した。次にパネルを140°Fまで冷却した。 2) Post cure cycle: The panel was then heated to 350 ° F. and held at this temperature for 4 hours. The panel was then cooled to 140 ° F.
BMI注入積層体を、2つのサイクルを使用して、オートクレーブ内で同様に硬化させた。 The BMI injection laminate was similarly cured in an autoclave using two cycles.
1)硬化サイクル:積層パネルを250°Fまで加熱し、これを85PSIの圧力にて30分間保持した。次いでパネルを375°Fまでに加熱し、85PSIの圧力にて250分間にわたってこの温度に保持した。パネルを毎分3°Fの速度で140°Fまで冷却した。 1) Curing cycle: The laminated panel was heated to 250 ° F. and held at a pressure of 85 PSI for 30 minutes. The panel was then heated to 375 ° F. and held at this temperature at a pressure of 85 PSI for 250 minutes. The panel was cooled to 140 ° F. at a rate of 3 ° F. per minute.
2)後硬化サイクル:次いでパネルを465°Fまで加熱し、これを6時間30分保持した。次にパネルを140°Fまで冷却した。 2) Post cure cycle: The panel was then heated to 465 ° F. and held for 6 hours 30 minutes. The panel was then cooled to 140 ° F.
接着剤組成物に使用した材料を以下に示す。別途記載しない限り、すべてのパーセンテージは重量パーセントである。別途記載しない限り、すべての物性及び組成値は近似値である。 The material used for the adhesive composition is shown below. Unless otherwise noted, all percentages are percentages by weight. Unless otherwise stated, all physical properties and composition values are approximate.
「B−PEI−1」は、シグマ−アルドリッチ(登録商標)から入手可能な(約25,000の平均Mw及び約10,000の平均Mnを有する)分枝ポリエチレンイミンを示す。 “B-PEI-1” refers to a branched polyethyleneimine available from Sigma-Aldrich® (having an average Mw of about 25,000 and an average Mn of about 10,000).
「B−PEI−2」は、シグマ−アルドリッチ(登録商標)から入手可能な(約800の平均Mw及び約600の平均Mnを有する)分枝ポリエチレンイミンを示す。 “B-PEI-2” refers to branched polyethyleneimine (having an average Mw of about 800 and an average Mn of about 600) available from Sigma-Aldrich®.
「L−PEI」は、ポリサイエンス社から入手可能な(約2,500の平均Mwを有する)直鎖ポリエチレンイミンを示す。 “L-PEI” refers to linear polyethyleneimine available from Polysciences (having an average Mw of about 2,500).
「PAA」は、ポリサイエンス社から入手可能な(約15,000の平均Mwを有する)ポリ(アリルアミン)ポリエチレンイミンを示す。 “PAA” refers to poly (allylamine) polyethyleneimine (having an average Mw of about 15,000) available from Polysciences.
「TAEA」は、シグマ−アルドリッチ(登録商標)から入手可能なトリス(2−アミノエチル)アミン(96%)を示す。 “TAEA” refers to tris (2-aminoethyl) amine (96%) available from Sigma-Aldrich®.
「TEABF」は、シグマ−アルドリッチ(登録商標)から入手可能なテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート(99%)を示す。 “TEABF” refers to tetraethylammonium tetrafluoroborate (99%) available from Sigma-Aldrich®.
「MEOH」は、シグマ−アルドリッチ(登録商標)から入手可能なメタノール(無水)を示す。 “MEOH” refers to methanol (anhydrous) available from Sigma-Aldrich®.
「Na2SO4」は、シグマ−アルドリッチ(登録商標)から入手可能な硫酸ナトリウム(99.0%以上、A.C.S.試薬級、無水)を示す。 “Na 2 SO 4 ” indicates sodium sulfate (99.0% or more, ACS reagent grade, anhydrous) available from Sigma-Aldrich (registered trademark).
「IM−7」は、ヘクセル社から商品名HEXTOW(登録商標)で入手可能な、100%公称表面処理PAN系連続炭素繊維(820ksiの最小引張強度を有する12,000(12K)フィラメント数トウ)を示す。炭素繊維はサイジング処理されていなかった。 "IM-7" is a 100% nominal surface treated PAN-based continuous carbon fiber (12,000 (12K) filament number tow with a minimum tensile strength of 820 ksi) available from Hexel under the trade name HEXTOW®. Indicates. The carbon fiber was not sized.
「IM−X」は、ヘクセル社により作製された、5%公称表面処理PAN系連続炭素繊維(825ksiの最小引張強度を有する12,000(12K)フィラメント数トウ)を示す。炭素繊維はサイジング処理されていなかった。 “IM-X” indicates 5% nominal surface-treated PAN-based continuous carbon fiber (12,000 (12K) filament number toe with a minimum tensile strength of 825 ksi) made by Hexel. The carbon fiber was not sized.
「IM−U」は、ヘクセル社により作製された、表面未処理PAN系連続炭素繊維(12,000(12K)フィラメント数トウ)を示す。炭素繊維はサイジング処理されていなかった。 “IM-U” indicates a surface-untreated PAN-based continuous carbon fiber (12,000 (12K) filament number tow) manufactured by Hexel. The carbon fiber was not sized.
「BMI」は、ヘクセル社から名称HX1624で入手可能なビスマレイミド樹脂を示す。 “BMI” refers to a bismaleimide resin available from Hexel under the name HX1624.
「エポキシ」(“EPOXY”)は、ヘクセル社から入手可能な専有のエポキシ樹脂を示す。 “Epoxy” (“EPOXY”) refers to a proprietary epoxy resin available from Hexel.
以下の手順に従って複合炭素繊維を作製した。 A composite carbon fiber was produced according to the following procedure.
図1に示したものと同様の槽を使用して、アミン官能化ポリマーを炭素繊維の表面上に電解グラフトした。電解グラフト工程で使用した電源は、BKプレシジョン製の直流電源1030であった。この工程では炭素陰極を使用した。陰極は、概して細長い長方形の形状を有し、Americarb(グレードAX−50)によって供給された。陰極の寸法は、21cm×2.5cm×1.2cmであった。実験は、非水性Ag/Ag+参照電極又は水性Ag/AgCl参照電極のいずれかを用いた。非水性Ag/Ag+参照電極(CHI 112)は、テキサス州オースティンのCHインスツルメンツから購入し、有機溶媒中の10mM硝酸銀及び20mM支持電解質溶液を充填した。水性Ag/AgCl参照電極(CHI 112)を同じ供給元から購入し、1M KCl溶液を充填した。 An amine functionalized polymer was electrografted onto the surface of the carbon fiber using a bath similar to that shown in FIG. The power source used in the electrolytic grafting process was a DC power source 1030 manufactured by BK Precision. A carbon cathode was used in this step. The cathode had a generally elongated rectangular shape and was supplied by Americancarb (grade AX-50). The dimensions of the cathode were 21 cm × 2.5 cm × 1.2 cm. The experiment used either a non-aqueous Ag / Ag + reference electrode or an aqueous Ag / AgCl reference electrode. A non-aqueous Ag / Ag + reference electrode (CHI 112) was purchased from CH Instruments, Austin, Texas and was filled with 10 mM silver nitrate and 20 mM supporting electrolyte solution in an organic solvent. An aqueous Ag / AgCl reference electrode (CHI 112) was purchased from the same supplier and filled with a 1M KCl solution.
炭素繊維トウを制御張力供給スプーラから鋼鉄ローラ上へ供給した。鋼鉄ローラを電源の正末端に接続した。炭素陰極を槽に浸漬して、電源の負末端に接続した。炭素繊維トウを槽の底部に配置したテフロン(登録商標)コートローラ上に供給し、次いで槽外の第2の鋼鉄ローラ上を通過させた。次いで、炭素繊維を脱イオン水で洗浄し、乾燥させ、次いで巻き取りスプールに巻き取った。 Carbon fiber tow was fed from a controlled tension feed spooler onto a steel roller. A steel roller was connected to the positive end of the power supply. A carbon cathode was immersed in the vessel and connected to the negative end of the power source. Carbon fiber tow was fed onto a Teflon coated roller located at the bottom of the tank and then passed over a second steel roller outside the tank. The carbon fibers were then washed with deionized water, dried and then wound on a take-up spool.
印加電圧は、炭素繊維トウのごく近傍に配置された銀参照電極によって読み取られる電位が、約1.6ボルトになるように調整した。陰極間の距離は2.5cmであり、繊維走行経路長は61cm(2フィート)であった。槽溶液を蠕動ポンプによって再循環させ、一定体積を維持するために必要に応じて補充した。炭素繊維の槽への暴露時間は、実験的試行に応じて1〜4分の間で変化させた。 The applied voltage was adjusted so that the potential read by the silver reference electrode placed very close to the carbon fiber tow was about 1.6 volts. The distance between the cathodes was 2.5 cm and the fiber travel path length was 61 cm (2 feet). The bath solution was recirculated by a peristaltic pump and replenished as necessary to maintain a constant volume. The carbon fiber bath exposure time was varied between 1 and 4 minutes depending on the experimental trial.
槽の容積は約1リットルであった。洗浄槽は脱イオン水を使用し、約2リットルの全水量を有する多経路及び多ローラ機構を含んでいた。洗浄槽をパージし、30分毎に新しい脱イオン水と完全に交換した。乾燥機は125℃の熱風を利用した乾燥塔であった。 The tank volume was about 1 liter. The wash tank used deionized water and included a multi-path and multi-roller mechanism with a total water volume of about 2 liters. The wash tank was purged and completely replaced with fresh deionized water every 30 minutes. The dryer was a drying tower using hot air at 125 ° C.
以下の例では、同じポリマーの電解グラフトと比較した、アミン官能化ポリマー(B−PEI−1)の単純吸着の差を評価した。電解グラフトは上記のように行った。電解質を除いて、同じ槽化学作用を吸着法及び電解グラフト法の両方で使用した。槽中のB−PEI−1の濃度は約1.25重量%であった。1.25重量%のB−PEI−1濃度が、一般に電解グラフトの最良の結果を与えることが見出された。ポリマー濃度の増加は、繊維表面の窒素濃度の増加をもたらさないように思われた。槽は非水性であり、MEOHを使用した。電解グラフトのために、槽は支持電解質としてTEABFを含有していた。炭素繊維トウを1〜2分間槽に暴露した。次いで炭素繊維を、XPSを使用して評価して、炭素(C)、窒素(N)及び酸素(O)の原子濃度パーセントを求めた。対照炭素繊維トウは、槽処理に供さなかった。結果を以下の表1にまとめる。
「湿式化学」手法としても既知である吸着法は、複数のアミン官能基を含有する有機分子と繊維との反応を利用する。一般に、アミンは、(塩及び/又はアミドを生じる)カルボン酸又はその他などの、炭素繊維上の表面官能基と反応することにより、炭素繊維上へのポリマーの吸着が生じると考えられている。表1の結果から、吸着法は、複合炭素繊維の表面上に(窒素原子濃度によって証明されるように)有意により低い濃度のアミン基を生じることがわかる。さらに、有機溶液からの単純な吸着によって炭素繊維上へのB−PEI−1の固定化が可能であっても、多くの場合、この種のデポジットは非常に不均一であることが認められた。表1に示すように、XPSの結果は再現不可能であり、いくつかの試料は様々な程度の窒素表面濃度の増加を示し、いくつかは対照炭素繊維(対照1)と比べて相対的に増加を示さなかった(例えば比較2)。 Adsorption methods, also known as “wet chemistry” techniques, utilize the reaction of fibers with organic molecules containing multiple amine functional groups. In general, amines are believed to react with surface functional groups on the carbon fiber, such as carboxylic acids (which produce salts and / or amides) or others, resulting in the adsorption of the polymer onto the carbon fiber. From the results in Table 1, it can be seen that the adsorption method yields significantly lower concentrations of amine groups (as evidenced by the nitrogen atom concentration) on the surface of the composite carbon fiber. Furthermore, even though B-PEI-1 can be immobilized on carbon fibers by simple adsorption from organic solutions, in many cases this type of deposit has been found to be very heterogeneous. . As shown in Table 1, the XPS results are irreproducible, some samples show varying degrees of nitrogen surface concentration increase, and some are relatively relative to the control carbon fiber (Control 1). There was no increase (eg, comparison 2).
対照的に、電解グラフト炭素繊維は非常に再現性があることが認められ、B−PEI−1の電解グラフトが、吸着手法と比較して、炭素繊維表面上にてはるかに均質であることが示唆されている。吸着されたB−PEI−1の最良の場合よりも高い窒素表面濃度を導入するためには、半分の期間(1分対2分)のみが必要であることも確認された。 In contrast, the electrografted carbon fiber is found to be very reproducible, and the electrograft of B-PEI-1 is much more homogeneous on the carbon fiber surface compared to the adsorption technique. Has been suggested. It was also confirmed that only half the period (1 minute vs. 2 minutes) was required to introduce a higher nitrogen surface concentration than the best case of adsorbed B-PEI-1.
以下の例では、前述のようにアミン官能化ポリマーを炭素繊維上に電解グラフトした、種々の複合繊維を作製した。次いで、得られた複合炭素繊維を使用して、前述のように積層パネルを作製した。 In the following examples, various composite fibers were prepared by electrografting an amine functionalized polymer onto carbon fibers as described above. Subsequently, the obtained composite carbon fiber was used to produce a laminated panel as described above.
例3:IM−7炭素繊維トウ上へのB−PEI−1の電解グラフト Example 3: Electrografting of B-PEI-1 onto IM-7 carbon fiber tow
支持電解質(S.E.)としてのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラートの20mM MEOH溶液及び1.25重量%のB−PEI−1を含む槽を調製した。B−PEI−1を上記の手順に従ってIM−7炭素繊維トウ上に電解グラフトした。得られた複合炭素繊維とエポキシ樹脂を用いて積層パネルを作製した。次に、SBS試験を使用して積層パネルの層間強度を評価した。結果を下の表2にまとめる。
表2に見られるように、XPS分析は、対照繊維(すなわち対照2)と比較して窒素表面濃度の有意な増加を示した。特に、表2は、電解グラフト炭素繊維(例3)が対照炭素繊維と比較して、192.7%の表面窒素濃度の増加を呈したことを示している。この窒素濃度はメタノール中での長期の超音波処理(30分)時に不変のままであり、B−PEI−1が炭素繊維の表面に共有結合していることを示した。電解グラフト炭素繊維は、支持電解質からの微量のフッ素及びホウ素も含有し、これらは超音波処理によって容易に除去された。 As can be seen in Table 2, XPS analysis showed a significant increase in nitrogen surface concentration compared to the control fiber (ie, Control 2). In particular, Table 2 shows that the electrografted carbon fiber (Example 3) exhibited an increase in surface nitrogen concentration of 192.7% compared to the control carbon fiber. This nitrogen concentration remained unchanged during prolonged sonication in methanol (30 minutes), indicating that B-PEI-1 was covalently bound to the surface of the carbon fiber. Electrografted carbon fibers also contained trace amounts of fluorine and boron from the supporting electrolyte, which were easily removed by sonication.
さらに、複合炭素繊維から作製した積層パネルは、表2に示すSBSの結果によって証明されるように、層間強度の改善も示した。示されているように、例3の複合炭素繊維から作製した積層体は、対照繊維よりも7%を超える層間強度の増加を示した。 Furthermore, laminated panels made from composite carbon fibers also showed improved interlayer strength as evidenced by the SBS results shown in Table 2. As shown, the laminate made from the composite carbon fiber of Example 3 showed an increase in interlayer strength of over 7% over the control fiber.
例4:IM−7 12K繊維トウ上への分枝PEIの電解グラフト及びBMI樹脂を用いて作製した積層体のSBS評価 Example 4: SBS evaluation of laminates made using electrolytic grafting of branched PEI on IM-7 12K fiber tow and BMI resin
本例では、例3の複合炭素繊維及びBMI樹脂を用いて積層パネルを作製した。例3と同様に、上のパネルをSBSで評価した。結果を以下の表3にまとめる。
例4と同様に、複合炭素繊維を用いて調製した積層体は、対照炭素繊維から作製した積層体と比較して、層間強度の改善を示した。例3で複合炭素繊維から作製した積層体は、対照繊維と比較して層間強度のほぼ10%の増加を示した。 Similar to Example 4, the laminate prepared using the composite carbon fiber showed improved interlayer strength compared to the laminate made from the control carbon fiber. The laminate made from the composite carbon fiber in Example 3 showed an almost 10% increase in interlayer strength compared to the control fiber.
比較例4及び5:IM−7 12K繊維トウ上へのトリス(2−アミノエチル)アミン(TAEA)の電解グラフト及びエポキシ(EPOXY)樹脂を用いて作製した積層体のSBS評価 Comparative Examples 4 and 5: SBS evaluation of laminates prepared using electrolytic grafting of tris (2-aminoethyl) amine (TAEA) onto IM-7 12K fiber tow and epoxy (EPOXY) resin
比較例4及び5において、炭素繊維の表面上にTAEAをグラフトして複合炭素繊維を製造した。次に、エポキシ(EPOXY)樹脂(比較例4)又はBMI樹脂(比較例5)を用いて積層パネルを調製し、SBSによって評価した。支持電解質(S.E.)としてのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラートの20mM MEOH溶液及び1.25重量% TAEAを含む槽を調製した。上記の手順に従って、TAEAをIM−7炭素繊維トウ上に電解グラフトした。複合炭素繊維もXPSを用いて評価した。
XPS分析(表4)は、対照繊維と比較すると、75.6%の表面窒素濃度の増加を示した。この濃度はメタノール中での長期の超音波処理(30分)時に不変のままであり、TAEAが表面上に共有結合していることを示した。複合炭素繊維は支持電解質からの微量のフッ素及びホウ素も含有し、これらは超音波処理によって除去された。 XPS analysis (Table 4) showed a 75.6% increase in surface nitrogen concentration compared to the control fiber. This concentration remained unchanged during prolonged sonication in methanol (30 minutes), indicating that TAEA was covalently bound on the surface. The composite carbon fiber also contained trace amounts of fluorine and boron from the supporting electrolyte, which were removed by sonication.
複合炭素繊維は、TAEAの電解グラフトのために窒素含有量の中程度の増加を示したが、表4に示すSBSの結果から明らかなように、この増加は層間強度の増加にはつながらなかった。従って、積層体の層間強度の改善を達成するためにアミン官能化ポリマーを使用することの重要性がわかる。 The composite carbon fiber showed a moderate increase in nitrogen content due to the TAEA electrografting, but this increase did not lead to an increase in interlaminar strength, as is evident from the SBS results shown in Table 4. . Thus, the importance of using amine functionalized polymers to achieve improved interlayer strength of the laminate can be seen.
例6及び7:IM−7 12K繊維トウ上へのB−PEI−2の電解グラフト並びにBMI及びエポキシ(EPOXY)樹脂を用いて作製した積層体のSBS評価 Examples 6 and 7: Electrolytic grafting of B-PEI-2 onto IM-7 12K fiber tow and SBS evaluation of laminates made using BMI and epoxy (EPOXY) resin
この例では、複合炭素繊維を、B−PEI−2を用いて作製した。B−PEI−2は約800の重量平均分子量を有する。複合炭素繊維を例3に記載したように作製して、XPSで評価した。積層パネルもエポキシ(EPOXY)樹脂及びBMI樹脂を用いて作製し、次いでSBSによって評価した。結果を以下の表5にまとめる。
表5からのXPS分析は、対照繊維と比較して126.8%の表面窒素濃度の増加を示した。この窒素濃度の増加は、高分子量ポリマーの電解グラフトと比較して小さかった(例えば上記の例3を参照のこと)。窒素濃度はメタノール中での長期の超音波処理(30分)時に不変のままであり、B−PEI−2が炭素繊維の表面上に共有結合していることを示した。グラフト化繊維は支持電解質からの微量のフッ素及びホウ素も含有し、これらは超音波処理によって除去された。 XPS analysis from Table 5 showed a 126.8% increase in surface nitrogen concentration compared to the control fiber. This increase in nitrogen concentration was small compared to high molecular weight polymer electrografting (see, eg, Example 3 above). The nitrogen concentration remained unchanged during prolonged sonication in methanol (30 minutes), indicating that B-PEI-2 was covalently bonded onto the carbon fiber surface. The grafted fibers also contained traces of fluorine and boron from the supporting electrolyte, which were removed by sonication.
SBSデータは、対照炭素繊維と比較して、エポキシ(EPOXY)積層パネル(例6)及びBMI積層パネル(例7)の両方について、層間強度のごくわずかな増加を示した。表5から、低分子量PEIは積層パネルの層間強度特性を統計的に改善しなかったことがわかる。 SBS data showed a negligible increase in interlayer strength for both the epoxy (EPOXY) laminate panel (Example 6) and the BMI laminate panel (Example 7) compared to the control carbon fiber. From Table 5, it can be seen that the low molecular weight PEI did not statistically improve the interlaminar strength properties of the laminated panels.
例8:IMU 12K繊維トウ上への分枝B−PEI−1の電解グラフト及びBMI樹脂で作製された積層体のSBS評価 Example 8: SBS evaluation of an electrograft of branched B-PEI-1 onto an IMU 12K fiber tow and a laminate made of BMI resin
以下の例では、電解グラフトIMU炭素繊維(未処理12,000フィラメントトウ)を含む積層体の層間強度特性を評価した。1.25重量%の分枝B−PEI−1を含有するテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート支持電解質(S.E.)の20mM MeOH溶液を含む槽に、IMU炭素繊維を通過させることによって、複合炭素繊維を作製した。複合炭素繊維をXPSで評価した。積層パネルは複合炭素繊維とBMI樹脂によって作製した。積層パネルをSBSで評価した。結果を以下の表6にまとめる。
表6のXPS分析は、対照8の炭素繊維と比較すると、窒素濃度の有意な増加を示した。特に、例8の電解グラフト炭素繊維は、対照炭素繊維と比較して、495.5%の表面窒素濃度の増加を示した。この濃度はメタノール中での長期の超音波処理(30分)時に不変のままであり、B−PEI−1が炭素繊維の表面上に共有結合していることを示した。電解グラフト繊維は支持電解質からの微量のフッ素及びホウ素も含有し、これらは超音波処理によって除去することができた。 The XPS analysis in Table 6 showed a significant increase in nitrogen concentration when compared to the control 8 carbon fiber. In particular, the electrografted carbon fiber of Example 8 showed a 495.5% increase in surface nitrogen concentration compared to the control carbon fiber. This concentration remained unchanged upon prolonged sonication in methanol (30 minutes), indicating that B-PEI-1 was covalently bonded onto the carbon fiber surface. The electrografted fiber also contained trace amounts of fluorine and boron from the supporting electrolyte, which could be removed by sonication.
さらに、電解グラフト繊維(例8)は、先の例と比較して、酸素表面濃度のかなり有意な増加を有することが認められた。この現象は、無水溶媒を使用したとしても完全に除去できない、試薬(特にPEI)中の水の存在及びIMU繊維表面自体の反応性のためであると考えられる。また、電解処理槽中でのすべてのIMUランの終了時に、少量の炭素性沈殿物の形成が認められた。これは、IMU繊維表面上で同時に発生している、複数の未確認プロセスの結果であり得る。(PEI又はTAEAなしの)ブランクラン中でも、多少の表面エッチング及び表面酸化が発生したものと見受けられた。 Furthermore, the electrografted fiber (Example 8) was found to have a fairly significant increase in oxygen surface concentration compared to the previous example. This phenomenon is thought to be due to the presence of water in the reagents (especially PEI) and the reactivity of the IMU fiber surface itself, which cannot be completely removed using anhydrous solvents. Also, the formation of a small amount of carbonaceous precipitate was observed at the end of all IMU runs in the electrolytic bath. This may be the result of multiple unidentified processes occurring simultaneously on the IMU fiber surface. Even during a blank run (without PEI or TAEA), some surface etching and surface oxidation appeared to have occurred.
この結果を受けて、槽がいずれのポリマーも含まない、ブランクランを作製した(対照9)。対照9の炭素繊維は、電解グラフト中の水の存在による可能性が最も高いと考えられる、酸素のいくらかの増加量を有することが見出された。結果として、例8と対照9のSBSデータを比較することが決定された。対照8の繊維のSBSデータは評価されなかった。見られるように、未処理のIMU炭素繊維も、対照9の炭素繊維と比較して、層間強度の改善を示した。この場合、本発明の複合炭素繊維は、対照9と比較して、ほぼ23%を超えるSBSの改善を示した。 In response to this result, a blank run was made in which the tank did not contain any polymer (Control 9). The control 9 carbon fiber was found to have some increase in oxygen, most likely due to the presence of water in the electrograft. As a result, it was decided to compare the SBS data of Example 8 and Control 9. SBS data for the control 8 fiber was not evaluated. As can be seen, the untreated IMU carbon fiber also showed improved interlayer strength compared to the control 9 carbon fiber. In this case, the composite carbon fiber of the present invention showed almost 23% improvement in SBS compared to Control 9.
上記の複雑な状況により、表6の上記の例の結果の明確な解釈が困難であることに留意すべきである。IMU繊維のすべての場合において、認められたSBS強度は、(どちらも標準方法によって電気化学的に処理された)グラフトIM−7繊維及び供給IM−7繊維を含んで構成された積層体のSBS強度よりも、はるかに低い。IM−7グラフト繊維とIMUグラフト繊維のどちらも同程度の量のグラフトPEI又はTAEAを有する(XPS)ものと見受けられるので、これは興味深い観測である。この結果によって、繊維の表面トポロジー(粗度)の重要性が強調されるように思われる。 It should be noted that due to the above complex situation, a clear interpretation of the results of the above example in Table 6 is difficult. In all cases of IMU fibers, the observed SBS strength is the SBS of a laminate composed of grafted IM-7 fibers and feed IM-7 fibers (both electrochemically processed by standard methods). Much lower than strength. This is an interesting observation because both IM-7 and IMU graft fibers appear to have similar amounts of graft PEI or TAEA (XPS). This result seems to emphasize the importance of the surface topology (roughness) of the fibers.
比較例6:IMU 12K繊維トウ上へのTAEAの電解グラフト及びBMI樹脂を用いて作製した積層体の評価 Comparative Example 6: Evaluation of laminate produced using electrolytic graft of TAEA on IMU 12K fiber tow and BMI resin
この例では、未処理のIMU炭素繊維上にTAEAを電解グラフトした。得られた複合繊維を使用して、BMI樹脂との積層体を作製した。複合炭素繊維及び積層パネルをそれぞれXPS及びSBSによって評価した。結果を以下の表7にまとめる。
XPS分析(表7)は、対照繊維と比較すると、177.3%の表面窒素濃度の増加を示した。この濃度はメタノール中での長期の超音波処理(30分)時に不変のままであり、TAEAが表面上に共有結合していることを示した。電解グラフト繊維は支持電解質からの微量のフッ素及びホウ素も含有し、これらは超音波処理によって除去された。先の例と同様に、電解グラフト繊維では酸素表面濃度の増加が認められ、そのため(槽中にTAEAを含まない)ブランクを作製した。ブランク炭素繊維(対照10)は、電解グラフト中の水の存在による可能性が最も高いと考えられる、酸素のいくらかの増加量を有することが見出された。比較例6及び対照繊維9にSBS評価を行った。結果を上の表7にまとめる。TAEAグラフト繊維は10%のSBS増加を示したが、PEIグラフト炭素繊維(例8)の改善は、はるかに有意であった。どちらの例(例8及び比較例5)も同じ対照を用いた。 XPS analysis (Table 7) showed a 177.3% increase in surface nitrogen concentration compared to the control fiber. This concentration remained unchanged during prolonged sonication in methanol (30 minutes), indicating that TAEA was covalently bound on the surface. The electrografted fiber also contained traces of fluorine and boron from the supporting electrolyte, which were removed by sonication. As in the previous example, an increase in oxygen surface concentration was observed in the electrografted fiber, and therefore a blank (not containing TAEA in the vessel) was made. Blank carbon fiber (Control 10) was found to have some increase in oxygen, which is most likely due to the presence of water in the electrograft. Comparative Example 6 and Control Fiber 9 were evaluated for SBS. The results are summarized in Table 7 above. Although the TAEA graft fiber showed a 10% increase in SBS, the improvement of the PEI grafted carbon fiber (Example 8) was much more significant. Both examples (Example 8 and Comparative Example 5) used the same controls.
以下の例では、炭素繊維がIM−X炭素繊維を含む複合炭素繊維を作製した。先の例と同様に、複合炭素繊維をXPSで評価し、それから作製した積層パネルをSBSによって評価した。 In the following examples, composite carbon fibers in which carbon fibers include IM-X carbon fibers were produced. Similarly to the previous example, the composite carbon fiber was evaluated by XPS, and the laminated panel produced therefrom was evaluated by SBS.
例9及び10:IM−X未処理12K繊維トウ上へのB−PEI−1の電解グラフト並びにBMI及びエポキシ(EPOXY)樹脂を用いて作製した積層体のSBS評価 Examples 9 and 10: SBS evaluation of B-PEI-1 electrolytic grafting onto IM-X untreated 12K fiber tows and laminates made using BMI and epoxy (EPOXY) resin
この例では、複合炭素繊維を、B−PEI−1及びIM−X炭素繊維を用いて作製した。複合炭素繊維を例3に記載したように作製して、XPSで評価した。具体的には、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート支持電解質(S.E.)の20mM MeOH溶液及び1.25重量%のB−PEI−1を含む槽を調製した。複合炭素繊維を前述のように作製した。次いで繊維をXPSで評価した。結果を以下の表8にまとめる。表8に見られるように、電解グラフト炭素繊維は、対照炭素繊維と比較して、53.2%の表面N濃度の増加を有した。 In this example, composite carbon fibers were made using B-PEI-1 and IM-X carbon fibers. Composite carbon fibers were made as described in Example 3 and evaluated by XPS. Specifically, a tank containing a 20 mM MeOH solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate supporting electrolyte (SE) and 1.25 wt% B-PEI-1 was prepared. A composite carbon fiber was prepared as described above. The fibers were then evaluated by XPS. The results are summarized in Table 8 below. As can be seen in Table 8, the electrografted carbon fibers had a 53.2% increase in surface N concentration compared to the control carbon fibers.
積層パネルもエポキシ(EPOXY)(例9)樹脂及びBMI(例10)樹脂を用いて作製し、次いでSBSによって評価した。XPS及びSBS評価についての結果を以下の表8にまとめる。
エポキシ系積層体(例9)について、SBSの結果は、対照炭素繊維から作製した積層体と比較して、層間強度の12%の改善を示した。BMI系積層体(例10)は、対照炭素繊維から作製した積層体と比較して、45.9%を超える層間強度の改善を示した。 For the epoxy based laminate (Example 9), the SBS results showed a 12% improvement in interlaminar strength compared to the laminate made from the control carbon fiber. The BMI-based laminate (Example 10) showed an improvement in interlayer strength of over 45.9% compared to the laminate made from the control carbon fiber.
例11及び12:IM−X未処理12K繊維トウ上への分枝B−PEI−1の水性電解グラフト並びにエポキシ(EPOXY)樹脂及びBMI樹脂で作製した積層体の評価 Examples 11 and 12: Aqueous electrografting of branched B-PEI-1 onto IM-X untreated 12K fiber tow and evaluation of laminates made with epoxy (EPOXY) resin and BMI resin
硫酸ナトリウム支持電解質(S.E.)の0.5M水溶液及び1.25重量%の分枝B−PEI−1の槽を調製した。B−PEI−1を前述の方法及び条件で炭素繊維上に電解グラフトした。槽がポリマーを含有しない「ブランクラン」繊維(対照13及び対照15)も作製した。得られた炭素繊維で、エポキシ(EPOXY)樹脂(例11)及びBMI樹脂(例12)を含む積層パネルを作製した。前述のように、複合炭素繊維及び積層パネルをそれぞれXPS及びSBSによって評価した。結果を以下の表9にまとめる。表9に見られるように、電解グラフト炭素繊維は、対照炭素繊維と比較して、106.5%のN表面濃度の増加を有した(対照12)。
水性グラフトは、多少より複雑であった。IMU(表面未処理)繊維のように、及びIM−7(100%表面処理)とは異なり、IM−X繊維はさらに改質が容易であり、このことは「ブランクラン」繊維のXPS分析により明らかとなっている(対照13及び15)。表面の化学的性質の非常に有意な変化、すなわちO濃度のほぼ2倍の増加が認められた。そのため、IMU繊維の場合と全く同様に、SBS特性の比較のために、「ブランクラン」繊維を製造した。供給繊維からの積層体と比較すると、「ブランクラン」繊維を含んで構成された積層体においてSBS特性の改善が認められたため、この添加は正しいとされた。この結果は、水性ブランク条件におけるIM−X供給繊維の追加の表面処理によるものと考えられる。しかし、PEI(水性)でグラフトした繊維は、初期のIM−X 12K繊維と比較すると、ならびにエポキシ複合材料及びBMI複合材料の両方で互いに比較すると、SBS特性で「ブランクラン」繊維よりはるかに有意な増加をなお示していた。 The aqueous graft was somewhat more complicated. Like IMU (untreated surface) fibers, and unlike IM-7 (100% surface treated), IM-X fibers are easier to modify, as determined by XPS analysis of “blank run” fibers. Clearly (Controls 13 and 15). A very significant change in surface chemistry was observed, i.e. an almost 2-fold increase in O concentration. Therefore, “blank run” fibers were produced for comparison of SBS properties exactly as in the case of IMU fibers. This addition was considered correct because an improvement in SBS properties was observed in laminates comprised of “blank run” fibers when compared to laminates from the feed fibers. This result is believed to be due to the additional surface treatment of the IM-X feed fiber in aqueous blank conditions. However, PEI (water-based) grafted fibers are much more significant than “Blank Run” fibers in SBS properties when compared to the original IM-X 12K fibers and when compared to each other in both epoxy and BMI composites. Still showed an increase.
表9から、炭素繊維上へのB−PEI−1の水性電解グラフトによって、対照−12と比較して、繊維表面上の窒素濃度の106.5%の増加および複合炭素繊維を用いて作製した積層パネルの層間強度の増加が生じることがわかる。特に、エポキシ(EPOXY)を含んで構成された積層パネル(例11)は、対照繊維(対照12)と比較して、16%を超える層間強度の増加を示した。同様に、BMI系積層パネル(例12)は、対照繊維(対照−14)と比較して、59%を超える層間強度の増加を示した。 From Table 9, an aqueous electro-grafting of B-PEI-1 onto carbon fibers was made using a 106.5% increase in nitrogen concentration on the fiber surface and composite carbon fibers compared to Control-12. It can be seen that the interlayer strength of the laminated panel increases. In particular, a laminated panel composed of epoxy (EPOXY) (Example 11) showed an increase in interlaminar strength of over 16% compared to the control fiber (Control 12). Similarly, the BMI-based laminate panel (Example 12) showed an increase in interlaminar strength of greater than 59% compared to the control fiber (Control-14).
例13及び14:IM−7処理12K繊維トウ上への直鎖PAHの電解グラフト並びにエポキシ(EPOXY)樹脂及びBMI樹脂で作製した積層体の評価 Examples 13 and 14: Electrografting of linear PAH onto IM-7 treated 12K fiber tows and evaluation of laminates made with epoxy (EPOXY) resin and BMI resin
この例では、アミン官能化ポリマーとしてPAHを使用した電解グラフトを評価した。テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート支持電解質(S.E.)の20mM MEOH溶液及び1.25重量%のPAHの槽を調製した。上記の手順に従って、PAHをIM−7 12,000フィラメントトウ上に電解グラフトした。得られた炭素繊維で、エポキシ(EPOXY)樹脂及びBMI樹脂を含む積層パネルを作製した。前述のように、複合炭素繊維及び積層パネルをそれぞれXPS及びSBSによって評価した。結果を以下の表10にまとめる。
表10から、炭素繊維上へのPAHの電解グラフトは、対照炭素繊維と比較して、炭素繊維の表面上の窒素濃度の60.3%の増加をもたらすことがわかる。さらに、炭素繊維上へのPAHの電解グラフトも、複合炭素繊維を用いて作製した積層パネルの層間強度の増加をもたらした。特に、エポキシ(EPOXY)を含んで構成された積層パネル(例13)は、対照繊維(対照16)と比較して、5%を超える層間強度の増加を示した。同様に、BMI系積層パネル(例14)は、対照繊維(対照17)と比較して、12%を超える層間強度の増加を示した。 From Table 10, it can be seen that the electrografting of PAH onto carbon fiber results in a 60.3% increase in nitrogen concentration on the surface of the carbon fiber compared to the control carbon fiber. In addition, the electrografting of PAH onto carbon fibers also resulted in increased interlayer strength of laminated panels made using composite carbon fibers. In particular, a laminated panel constructed with epoxy (EPOXY) (Example 13) showed an increase in interlaminar strength of over 5% compared to the control fiber (Control 16). Similarly, the BMI-based laminate panel (Example 14) showed an increase in interlayer strength of over 12% compared to the control fiber (Control 17).
例15:IM−7 12K繊維トウ上へのL−PEIの電解グラフト化及びエポキシ(EPOXY)樹脂で作製した積層体の評価 Example 15: Electrolytic grafting of L-PEI onto IM-7 12K fiber tow and evaluation of laminates made with epoxy (EPOXY) resin
この例では、アミン官能化ポリマーとしてL−PEIを使用した電解グラフトを評価した。テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート支持電解質(S.E.)の20mM MEOH溶液及び1.25重量%のL−PEIの槽を調製した。上記の手順に従って、L−PEIをIM−7 12,000フィラメントトウ上に電解グラフトした。得られた炭素繊維を、エポキシ(EPOXY)樹脂を含む積層パネルに調製した。前述のように、複合炭素繊維及び積層パネルをそれぞれXPS及びSBSによって評価した。結果を以下の表11にまとめる。
表11から、炭素繊維上へのL−PEIの電解グラフトによって、繊維の表面上の窒素濃度の増加、並びに複合炭素繊維を用いて作製した積層パネルの層間強度の増加が生じることがわかる。特に電解グラフト炭素繊維は、対照と比較して55.5%の表面窒素濃度の増加を示し、エポキシ(EPOXY)系積層パネル(例15)は、対照繊維(対照18)と比較して、6%を超える層間強度の増加を示した。 From Table 11, it can be seen that the electrolytic grafting of L-PEI onto carbon fibers results in an increase in the nitrogen concentration on the surface of the fibers, as well as an increase in the interlaminar strength of laminated panels made using composite carbon fibers. In particular, the electrografted carbon fiber showed a 55.5% increase in surface nitrogen concentration compared to the control, and the epoxy (EPOXY) -based laminate panel (Example 15) was 6% compared to the control fiber (Control 18). It showed an increase in interlayer strength exceeding%.
特にポリマーは、分枝ポリエチレンイミン(PEI)とは、第2級アミン基のみが存在するという点で、全く異なる構造を有していた。第2級アミンは基材に電解グラフトすることが既知であったが、第1級アミンよりも効率が低かった。それにもかかわらず、これらの種類のポリマーは繊維上にグラフトすることができ、エポキシ複合材料の場合には層間特性の明らかな改善が認められた。 In particular, the polymer had a completely different structure from branched polyethyleneimine (PEI) in that only secondary amine groups were present. Secondary amines were known to electrograft onto substrates, but were less efficient than primary amines. Nevertheless, these types of polymers can be grafted onto the fibers, and in the case of epoxy composites, a clear improvement in interlayer properties has been observed.
例16:IM−7 12K繊維トウ上へのB−PEI−1の自発的グラフト及びエポキシ(EPOXY)樹脂中で作製した積層体の評価 Example 16: Spontaneous grafting of B-PEI-1 on IM-7 12K fiber tow and evaluation of laminate made in epoxy (EPOXY) resin
テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート支持電解質(S.E.)の20mM MEOH溶液及び1.25重量%のB−PEI−1の槽を調製した。槽にトウを通過させることによって、IM−7 12,000フィラメントトウ上にB−PEI−1をグラフトした。槽には電圧を印加しなかった。得られた炭素繊維を、エポキシ(EPOXY)樹脂を含む積層パネルに調製した。前述のように、複合炭素繊維及び積層パネルをそれぞれXPS及びSBSによって評価した。結果を以下の表12にまとめる。
本発明者が驚いたことに、XPS分析は、対照炭素繊維(対照19)と比較した場合、表面窒素濃度の有意な増加(76.2%)を示した。特に、この濃度増加は、B−PEI−1、L−PEIおよびPAHが炭素繊維上に電解グラフトされた例の濃度増加に匹敵した。 Surprisingly, the XPS analysis showed a significant increase (76.2%) in surface nitrogen concentration when compared to the control carbon fiber (Control 19). In particular, this increase in concentration was comparable to the increase in concentration in examples where B-PEI-1, L-PEI and PAH were electrografted onto carbon fibers.
例16において、本発明者は、炭素繊維上へのアミン含有ポリマーの自発的グラフト/付着の可能性を評価した。セルにいかなる電位が印加されなくても、分枝PEIは、エポキシ樹脂で得られる積層体のショートビーム剪断強度の改善に有意に十分な量でIM−7繊維に付着できると思われる。セルに電位が全く印加されていなくても、通常0.7〜0.8Vの電位が繊維で測定され(開路電位)、とりわけ、第1級アミン(通常、第1級アミノ基では1.5〜1.6Vの範囲)よりも低い電位にてラジカルカチオンを生成することが既知である第2級及び第3級アミノ基を含有する、PEIの場合には、この電位がカチオンラジカルを生成するのに十分であり得ることに留意すべきである。アミンの自発的グラフトは、典型的な電解グラフトよりもはるかに効率が低いと報告している人もいる。しかし、これまで「小形」分子のみが研究されており、「大形」ポリマー分子については、表面上に多くの官能基を導入するために繊維表面と多くの結合を形成する必要がないかもしれないことを指摘しなければならない。このため、第二級アミン(例15)及び自発的グラフト(例16)で示したように、たとえ低効率グラフトであっても、樹脂マトリックスとのさらなる反応及び層間特性の改善に足るアミン官能基を導入にするために十分であり得る。 In Example 16, the inventor evaluated the possibility of spontaneous grafting / attachment of amine-containing polymers onto carbon fibers. It is believed that branched PEI can adhere to IM-7 fibers in an amount significantly sufficient to improve the short beam shear strength of laminates obtained with epoxy resins, without any potential applied to the cell. Even if no potential is applied to the cell, a potential of 0.7-0.8 V is usually measured on the fiber (open circuit potential), especially primary amines (usually 1.5 for primary amino groups). In the case of PEI containing secondary and tertiary amino groups that are known to generate radical cations at potentials lower than the range of ~ 1.6V, this potential generates cation radicals. It should be noted that this may be sufficient. Some have reported that spontaneous grafting of amines is much less efficient than typical electrolytic grafting. However, so far only "small" molecules have been studied, and for "large" polymer molecules it may not be necessary to form many bonds with the fiber surface to introduce more functional groups on the surface. It must be pointed out that there is no. Thus, as shown in secondary amines (Example 15) and spontaneous grafts (Example 16), amine functional groups are sufficient for further reaction with the resin matrix and improved interlayer properties, even for low efficiency grafts. May be sufficient to introduce.
例17:HM−63 12K繊維トウ上へのB−PEI−1のグラフト化及びエポキシ(EPOXY)樹脂で作製した積層体の評価 Example 17: Grafting of B-PEI-1 onto HM-63 12K fiber tow and evaluation of laminate made with epoxy (EPOXY) resin
この例では、アミン官能化ポリマーとしてB−PEI−1を使用した電解グラフトを評価した。テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボラート支持電解質(S.E.)の20mM MEOH溶液及び1.25重量%のB−PEI−1の槽を調製した。上記の手順に従って、HM−63 12,000フィラメントトウ上にB−PEI−1を電解グラフトした。得られた炭素繊維を、エポキシ(EPOXY)樹脂を含む積層パネルに調製した。前述のように、複合炭素繊維及び積層パネルをそれぞれXPS及びSBSによって評価した。結果を以下の表13にまとめる。
表13から、炭素繊維上へのB−PEI−1の電解グラフトによって、繊維の表面上の窒素濃度の増加、および複合炭素繊維を用いて作製した積層パネルの層間強度の増加が生じることがわかる。特に、電解グラフト炭素繊維は、2,900%の表面窒素濃度の増加を示し、エポキシ(EPOXY)系積層パネル(例17)は、対照繊維(対照20)と比較して5%を超える層間強度の増加を示した。 From Table 13, it can be seen that the electrografting of B-PEI-1 onto carbon fibers results in an increase in the nitrogen concentration on the surface of the fiber and an increase in the interlayer strength of the laminated panel made with the composite carbon fiber. . In particular, the electrografted carbon fiber exhibits an increase in surface nitrogen concentration of 2,900%, and the epoxy (EPOXY) based laminate panel (Example 17) has an interlaminar strength of greater than 5% compared to the control fiber (Control 20). Showed an increase.
特許請求の範囲の概要 Summary of claims
1.表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維を含む、複合炭素繊維。 1. A composite carbon fiber comprising carbon fiber electrografted with an amine functionalized polymer on a surface.
2.前記複合炭素繊維が少なくとも0.125である窒素/炭素(N/C)比を有する、請求項1に記載の複合炭素繊維。 2. The composite carbon fiber of claim 1, wherein the composite carbon fiber has a nitrogen / carbon (N / C) ratio of at least 0.125.
3.前記複合炭素繊維が少なくとも0.150であるN/C比を有する、請求項1に記載の複合炭素繊維。 3. The composite carbon fiber of claim 1, wherein the composite carbon fiber has an N / C ratio of at least 0.150.
4.前記複合炭素繊維が約0.15〜0.3であるN/C比を有する、請求項1〜3のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 4). The composite carbon fiber according to claim 1, wherein the composite carbon fiber has an N / C ratio of about 0.15 to 0.3.
5.複合炭素繊維が約0.15〜0.2であるN/C比を有する、請求項1〜4のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 5. The composite carbon fiber according to claim 1, wherein the composite carbon fiber has an N / C ratio of about 0.15 to 0.2.
6.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも50%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜5のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 6). 6. The composite carbon fiber according to any one of the preceding claims, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is at least 50% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. The composite carbon fiber according to item or above.
7.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも75%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜6のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 7). 7. The composite carbon fiber according to any one of claims 1 to 6, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is at least 75% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. The composite carbon fiber according to item or above.
8.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも100%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜7のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 8). 8. The composite carbon fiber according to any one of claims 1 to 7, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is at least 100% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. The composite carbon fiber according to item or above.
9.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも125%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜8のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 9. 9. The composite carbon fiber according to any one of claims 1 to 8, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is at least 125% compared to the original carbon fiber on which no amine-functionalized polymer has been electrografted. The composite carbon fiber according to item or above.
10.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも150%、例えば少なくとも175%、少なくとも200%又は少なくとも250%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜9のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 10. The composite carbon fiber has a nitrogen surface concentration that is at least 150%, such as at least 175%, at least 200% or at least 250% compared to the original carbon fiber on which no amine-functionalized polymer has been electrografted. The composite carbon fiber according to claim 1, which exhibits an increase.
11.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも495%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜10のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 11. 11. The composite carbon fiber according to any one of the preceding claims, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is at least 495% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. The composite carbon fiber according to item or above.
12.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜500%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜11のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 12 12. The composite carbon fiber according to any of claims 1 to 11, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is about 50-500% compared to the original carbon fiber on which no amine functionalized polymer is electrografted. The composite carbon fiber according to claim 1 or more.
13.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約100〜500%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜12のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 13. 13. The composite carbon fiber of any of claims 1-12, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is about 100-500% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. The composite carbon fiber according to claim 1 or more.
14.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約150〜500%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜13のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 14 14. The composite carbon fiber according to any of claims 1 to 13, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is about 150-500% compared to the original carbon fiber on which no amine functionalized polymer is electrografted. The composite carbon fiber according to claim 1 or more.
15.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約200〜500%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜14のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 15. 15. The composite carbon fiber according to any one of claims 1 to 14, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is about 200-500% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. The composite carbon fiber according to claim 1 or more.
16.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約100〜250%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜15のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 16. 16. The composite carbon fiber according to any one of claims 1 to 15, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is about 100-250% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. The composite carbon fiber according to claim 1 or more.
17.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約125〜200%である窒素表面濃度の増加を示す、請求項1〜16のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 17. 17. The composite carbon fiber of any of claims 1-16, wherein the composite carbon fiber exhibits an increase in nitrogen surface concentration that is about 125-200% as compared to the original carbon fiber that has not been electrografted with an amine functionalized polymer on the surface. The composite carbon fiber according to claim 1 or more.
18.前記アミン官能化ポリマーが、直鎖ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリプロピレンイミン、直鎖ポリ(アリルアミン)(PAA)、ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー、ポリ(アリルアミン)をジビニルベンゼンによって分枝させることにより調製された分枝ポリ(アリルアミン)(PAADVB)及びブロックコポリマー、コア−シェル粒子並びにその組合せからなる群から選択される、請求項1〜17のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 18. The amine functionalized polymer comprises linear polyethyleneimine (PEI), branched polyethyleneimine (PEI), branched polypropyleneimine, linear poly (allylamine) (PAA), polyamidoamine (PAMAM) dendrimer, poly (allylamine). 18. One or more of claims 1 to 17 selected from the group consisting of branched poly (allylamine) (PAADVB) and block copolymers, core-shell particles and combinations thereof prepared by branching with divinylbenzene. The composite carbon fiber described in 1.
19.前記アミン官能化ポリマーが分枝ポリエチレンイミンを含む、請求項1〜18のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 19. 19. Composite carbon fiber according to any one or more of claims 1 to 18, wherein the amine functionalized polymer comprises branched polyethyleneimine.
20.前記炭素繊維が少なくとも400ksiの引張強度を有する、請求項1〜19のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 20. The composite carbon fiber according to claim 1, wherein the carbon fiber has a tensile strength of at least 400 ksi.
21.前記炭素繊維が約600〜1,050ksiの引張強度を有する、請求項1〜20のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 21. 21. The composite carbon fiber according to any one or more of claims 1 to 20, wherein the carbon fiber has a tensile strength of about 600 to 1,050 ksi.
22.前記アミン官能化ポリマーが、約5,000〜35,000の範囲に及ぶ重量平均分子量を有する、請求項1〜21のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 22. 22. The composite carbon fiber according to any one or more of claims 1-21, wherein the amine functionalized polymer has a weight average molecular weight ranging from about 5,000 to 35,000.
23.請求項1〜22のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維を含む、繊維強化複合材料。 23. A fiber-reinforced composite material comprising the composite carbon fiber according to any one of claims 1 to 22.
24.表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維及び前記炭素繊維に注入された樹脂マトリックスを含む繊維強化複合材料であって、ショートビーム剪断(SBS)試験によって特徴付けられるように、約17〜25ksiの層間強度を示す、繊維強化複合材料。 24. A fiber reinforced composite material comprising carbon fibers electrografted with an amine functionalized polymer on the surface and a resin matrix injected into said carbon fibers, as characterized by a short beam shear (SBS) test, about 17 Fiber reinforced composite material showing interlaminar strength of ˜25 ksi.
25.前記繊維強化複合材料の層間強度が、SBSによって特徴付けられるように、約20〜22ksiである、請求項24に記載の繊維強化複合材料。 25. 25. The fiber reinforced composite material of claim 24, wherein the interlaminar strength of the fiber reinforced composite material is about 20-22 ksi as characterized by SBS.
26.前記繊維強化複合材料が、前記炭素繊維の表面がアミン官能化ポリマーを含まないことを除いて前記炭素繊維が同一である、同様の繊維強化複合材料と比較して、約5〜25%の範囲に及ぶSBSの増加を示す、請求項24又は25に記載の繊維強化複合材料。 26. The fiber reinforced composite material is in the range of about 5-25% compared to a similar fiber reinforced composite material, wherein the carbon fiber is the same except that the surface of the carbon fiber does not contain an amine functionalized polymer. 26. A fiber reinforced composite material according to claim 24 or 25, which exhibits an increase in SBS over.
27.前記複合炭素繊維の表面が、約0.15〜0.3である窒素/炭素(N/C)比を有する、請求項24〜26のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料。 27. 27. The fiber reinforced composite material according to any one of claims 24 to 26, wherein the surface of the composite carbon fiber has a nitrogen / carbon (N / C) ratio of about 0.15 to 0.3.
28.前記樹脂が、エポキシ系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、シアナートエステル系樹脂及びフェノール系樹脂からなる群から選択される、請求項24〜27に記載の繊維強化複合材料。 28. 28. The fiber-reinforced composite material according to claim 24, wherein the resin is selected from the group consisting of an epoxy resin, a bismaleimide resin, a cyanate ester resin, and a phenol resin.
29.前記炭素繊維が、約600〜1,050ksiの引張強度を有する、請求項24〜28のいずれか一項以上に記載の繊維強化複合材料。 29. 29. A fiber reinforced composite material according to any one or more of claims 24 to 28, wherein the carbon fibers have a tensile strength of about 600 to 1,050 ksi.
30.前記アミン官能化ポリマーが、直鎖ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリプロピレンイミン、直鎖ポリ(アリルアミン)(PAA)、ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー、ポリ(アリルアミン)をジビニルベンゼンによって分枝させることにより調製された分枝ポリ(アリルアミン)(PAADVB)およびその組合せからなる群から選択される、請求項24〜29のいずれか一項以上に記載の繊維強化複合材料。 30. The amine functionalized polymer comprises linear polyethyleneimine (PEI), branched polyethyleneimine (PEI), branched polypropyleneimine, linear poly (allylamine) (PAA), polyamidoamine (PAMAM) dendrimer, poly (allylamine). 30. A fiber reinforced composite material according to any one or more of claims 24 to 29, selected from the group consisting of branched poly (allylamine) (PAADVB) prepared by branching with divinylbenzene and combinations thereof.
31.前記アミン官能化ポリマーが分枝ポリエチレンイミンを含む、請求項24〜30のいずれか一項以上に記載の繊維強化複合材料。 31. 31. A fiber reinforced composite material according to any one or more of claims 24 to 30, wherein the amine functionalized polymer comprises branched polyethyleneimine.
32.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも25%、少なくとも50%、少なくとも75%、少なくとも100%、少なくとも125%、少なくとも150%、少なくとも175%、少なくとも200%、少なくとも225%、少なくとも250%、少なくとも275%、少なくとも300%、少なくとも325%、少なくとも350%、少なくとも375%、少なくとも400%、少なくとも425%、少なくとも450%、少なくとも475%又は少なくとも500%のいずれか1つ以上の窒素濃度の表面における増加を示す、請求項24〜31のいずれか一項以上に記載の繊維強化複合材料。 32. The composite carbon fiber is at least 25%, at least 50%, at least 75%, at least 100%, at least 125%, at least 150% compared to the original carbon fiber on which no amine functionalized polymer is electrografted. %, At least 175%, at least 200%, at least 225%, at least 250%, at least 275%, at least 300%, at least 325%, at least 350%, at least 375%, at least 400%, at least 425%, at least 450%, 32. A fiber-reinforced composite material according to any one or more of claims 24-31, which exhibits an increase in the surface of any one or more nitrogen concentrations of at least 475% or at least 500%.
33.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜3,000%、例えば約100〜500%、約150〜500%、約100〜250%又は約125〜200%の範囲に及ぶ窒素濃度の表面における増加を示す、請求項24〜31のいずれか一項以上に記載の繊維強化複合材料。 34.請求項24〜33のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料を含む、航空宇宙部品。 33. The composite carbon fiber is about 50-3,000%, such as about 100-500%, about 150-500%, about 150% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface. 32. A fiber-reinforced composite material according to any one or more of claims 24-31, showing an increase in the surface of nitrogen concentration ranging from 100-250% or about 125-200%. 34. An aerospace component comprising the fiber-reinforced composite material according to any one of claims 24-33.
35.表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた炭素繊維を含む複合炭素繊維であって、
a)少なくとも0.125である窒素/炭素(N/C)比、及び/又は
b)前記炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜3,000%である窒素表面濃度の増加
を特徴とする、複合炭素繊維。
35. A composite carbon fiber comprising carbon fibers electrografted with an amine functionalized polymer on a surface,
a) a nitrogen / carbon (N / C) ratio that is at least 0.125, and / or b) as compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine-functionalized polymer on the surface of the carbon fiber. A composite carbon fiber characterized by an increase in nitrogen surface concentration of 50-3,000%.
36.前記複合炭素繊維が、約0.15から0.3、例えば約0.15〜0.2及び約0.165〜0.195である窒素/炭素(N/C)比を示す、請求項35に記載の複合炭素繊維。 36. 36. The composite carbon fiber exhibits a nitrogen / carbon (N / C) ratio that is about 0.15 to 0.3, such as about 0.15 to 0.2 and about 0.165 to 0.195. The composite carbon fiber described in 1.
37.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも75%、少なくとも100%、少なくとも125%、少なくとも150%、少なくとも175%、少なくとも200%、少なくとも225%、少なくとも250%、少なくとも275%、少なくとも300%、少なくとも325%、少なくとも350%、少なくとも375%、少なくとも400%、少なくとも425%、少なくとも450%、少なくとも475%又は少なくとも500%のいずれか1つ以上の窒素濃度の表面における増加を示す、請求項35又は36に記載の複合炭素繊維。 37. The composite carbon fiber is at least 75%, at least 100%, at least 125%, at least 150%, at least 175%, at least 200, as compared to the original carbon fiber on which no amine functionalized polymer is electrografted. %, At least 225%, at least 250%, at least 275%, at least 300%, at least 325%, at least 350%, at least 375%, at least 400%, at least 425%, at least 450%, at least 475% or at least 500% 37. A composite carbon fiber according to claim 35 or 36, which exhibits an increase in the surface of any one or more nitrogen concentrations.
38.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜500%、例えば約100〜500%、約150〜500%、約100〜250%又は約125〜200%の範囲に及ぶ窒素濃度の表面における増加を示す、請求項35〜37のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維。 38. The composite carbon fiber is about 50-500%, such as about 100-500%, about 150-500%, about 100-500% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface. 38. A composite carbon fiber according to any one or more of claims 35 to 37, which shows an increase in the surface of the nitrogen concentration ranging from 250% or about 125 to 200%.
39.前記アミン官能化ポリマーが、直鎖ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリプロピレンイミン、直鎖ポリ(アリルアミン)(PAA)、ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー、ポリ(アリルアミン)をジビニルベンゼンによって分枝させることにより調製された分枝ポリ(アリルアミン)(PAADVB)およびその組合せからなる群から選択される、請求項35〜38のいずれか一項に記載の複合炭素繊維。 39. The amine functionalized polymer comprises linear polyethyleneimine (PEI), branched polyethyleneimine (PEI), branched polypropyleneimine, linear poly (allylamine) (PAA), polyamidoamine (PAMAM) dendrimer, poly (allylamine). 39. The composite carbon fiber according to any one of claims 35 to 38, selected from the group consisting of branched poly (allylamine) (PAADVB) prepared by branching with divinylbenzene and combinations thereof.
40.前記アミン官能化ポリマーが、分枝ポリエチレンイミンを含む、請求項35〜39のいずれか一項に記載の複合炭素繊維。 40. 40. The composite carbon fiber of any one of claims 35 to 39, wherein the amine functionalized polymer comprises branched polyethyleneimine.
41.前記炭素繊維が、少なくとも400ksiの引張強度を有する、請求項35〜40のいずれか一項に記載の複合炭素繊維。 41. 41. The composite carbon fiber according to any one of claims 35 to 40, wherein the carbon fiber has a tensile strength of at least 400 ksi.
42.前記炭素繊維が、約600から1,050ksiの引張強度を有する、請求項35〜41のいずれか一項に記載の複合炭素繊維。 42. 42. The composite carbon fiber according to any one of claims 35 to 41, wherein the carbon fiber has a tensile strength of about 600 to 1,050 ksi.
43.前記アミン官能化ポリマーが約5,000〜35,000の範囲に及ぶ重量平均分子量を有する、請求項35〜42のいずれか一項に記載の複合炭素繊維。 43. 43. The composite carbon fiber of any one of claims 35 to 42, wherein the amine functionalized polymer has a weight average molecular weight ranging from about 5,000 to 35,000.
44.請求項35〜43のいずれか一項以上に記載の複合炭素繊維を含む繊維強化複合材料。 44. The fiber reinforced composite material containing the composite carbon fiber as described in any one of Claims 35-43.
45.請求項1〜44のいずれか一項に記載の複合炭素繊維を作製する方法であって、アミン官能化ポリマーを含む槽に炭素繊維を通過させること、セルに電位を印加すること、及び前記アミン官能化ポリマーを前記炭素繊維上に電解グラフトして、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた複合炭素繊維を製造すること、を含む方法。 45. 45. A method of making a composite carbon fiber according to any one of claims 1-44, wherein the carbon fiber is passed through a bath containing an amine functionalized polymer, an electric potential is applied to the cell, and the amine. Electrografting a functionalized polymer onto the carbon fiber to produce a composite carbon fiber having an amine functionalized polymer electrografted on the surface.
46.複合炭素繊維を作製する方法であって、アミン官能化ポリマーを含む槽に炭素繊維を通過させること、セルに電位を印加すること、及び前記アミン官能化ポリマーを前記炭素繊維上に電解グラフトして、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた複合炭素繊維を製造することを含み、前記複合炭素繊維がa)少なくとも0.125である窒素/炭素(N/C)比、及び/又はb)前記炭素繊維の表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜500%である窒素表面濃度の増加を特徴とする、方法。 46. A method of making a composite carbon fiber comprising passing a carbon fiber through a bath containing an amine functionalized polymer, applying a potential to a cell, and electrografting the amine functionalized polymer onto the carbon fiber. Producing a composite carbon fiber having an electrofunctionalized amine functionalized polymer on the surface, wherein the composite carbon fiber is a) at least 0.125 nitrogen / carbon (N / C) ratio, and / or b ) A method characterized by an increase in nitrogen surface concentration that is about 50-500% compared to the original carbon fiber that is not electrografted with an amine functionalized polymer on the surface of the carbon fiber.
47.前記複合炭素繊維が約0.15〜0.3、例えば約0.15〜0.2及び約0.165〜0.195である炭素/窒素(N/C)比を示す、請求項46に記載の方法。 47. 49. The composite carbon fiber exhibits a carbon / nitrogen (N / C) ratio that is about 0.15-0.3, such as about 0.15-0.2 and about 0.165-0.195. The method described.
48.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、少なくとも75%、少なくとも100%、少なくとも125%、少なくとも150%、少なくとも175%、少なくとも200%、少なくとも225%、少なくとも250%、少なくとも275%、少なくとも300%、少なくとも325%、少なくとも350%、少なくとも375%、少なくとも400%、少なくとも425%、少なくとも450%、少なくとも475%又は少なくとも500%のいずれか1つ以上の窒素濃度の表面における増加を示す、請求項46又は47に記載の方法。 48. The composite carbon fiber is at least 75%, at least 100%, at least 125%, at least 150%, at least 175%, at least 200, as compared to the original carbon fiber on which no amine functionalized polymer is electrografted. %, At least 225%, at least 250%, at least 275%, at least 300%, at least 325%, at least 350%, at least 375%, at least 400%, at least 425%, at least 450%, at least 475% or at least 500% 48. The method of claim 46 or 47, wherein the method shows an increase in the surface of any one or more nitrogen concentrations.
49.前記複合炭素繊維が、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされていない元の炭素繊維と比較して、約50〜3,000%、例えば約100〜500%、約150〜500%、約100〜250%又は約125〜200%の範囲に及ぶ窒素濃度の表面における増加を示す、請求項46〜48のいずれか一項以上に記載の方法。 49. The composite carbon fiber is about 50-3,000%, such as about 100-500%, about 150-500%, about 150% compared to the original carbon fiber where the amine functionalized polymer is not electrografted on the surface. 49. A method according to any one or more of claims 46 to 48, which shows an increase in the surface of the nitrogen concentration ranging from 100 to 250% or about 125 to 200%.
50.前記アミン官能化ポリマーが、直鎖ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリエチレンイミン(PEI)、分枝ポリプロピレンイミン、直鎖ポリ(アリルアミン)(PAA)、ポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー、ポリ(アリルアミン)をジビニルベンゼンによって分枝させることにより調製された分枝ポリ(アリルアミン)(PAADVB)およびその組合せからなる群から選択される、請求項46〜49のいずれか一項以上に記載の方法。 50. The amine functionalized polymer comprises linear polyethyleneimine (PEI), branched polyethyleneimine (PEI), branched polypropyleneimine, linear poly (allylamine) (PAA), polyamidoamine (PAMAM) dendrimer, poly (allylamine). 50. A method according to any one or more of claims 46 to 49, selected from the group consisting of branched poly (allylamine) (PAADVB) prepared by branching with divinylbenzene and combinations thereof.
51.前記アミン官能化ポリマーが分枝ポリエチレンイミンを含む、請求項46〜50のいずれか一項以上に記載の方法。 51. 51. The method of any one or more of claims 46-50, wherein the amine functionalized polymer comprises branched polyethyleneimine.
52.前記炭素繊維が少なくとも400ksiの引張強度を有する、請求項46から51のいずれか一項以上に記載の方法。 52. 52. A method according to any one or more of claims 46 to 51, wherein the carbon fibers have a tensile strength of at least 400 ksi.
53.前記炭素繊維が約600〜1,050ksiの引張強度を有する、請求項46〜52のいずれか一項以上に記載の方法。 53. 53. A method according to any one or more of claims 46 to 52, wherein the carbon fibers have a tensile strength of about 600 to 1,050 ksi.
54.前記アミン官能化ポリマーが約5,000〜35,000の範囲に及ぶ重量平均分子量を有する、請求項46〜53のいずれか一項以上に記載の方法。 54. 54. The method of any one or more of claims 46-53, wherein the amine functionalized polymer has a weight average molecular weight ranging from about 5,000 to 35,000.
55.前記アミン官能化ポリマーを前記炭素繊維上に電解グラフトするステップが、30秒〜2分間の期間にわたって継続する、請求項46〜54のいずれか一項以上に記載の方法。 55. 55. A method according to any one or more of claims 46 to 54, wherein the step of electrografting the amine functionalized polymer onto the carbon fibers continues for a period of 30 seconds to 2 minutes.
56.前記アミン官能化ポリマーを前記炭素繊維上に電解グラフトするステップが、45秒から90秒の期間にわたって継続する、請求項46〜54のいずれか一項以上に記載の方法。
56. 55. A method according to any one or more of claims 46 to 54, wherein the step of electrografting the amine functionalized polymer onto the carbon fibers continues for a period of 45 seconds to 90 seconds.
Claims (21)
アミン官能化ポリマーを含む槽に炭素繊維を通過させること、
セルに電位を印加すること、及び
前記アミン官能化ポリマーを前記炭素繊維上に電解グラフトして、表面上にアミン官能化ポリマーが電解グラフトされた複合炭素繊維を製造すること、
を含み、前記複合炭素繊維が以下を特徴とする、方法。 A method for producing a composite carbon fiber according to any one of claims 1 to 17,
Passing carbon fibers through a bath containing an amine functionalized polymer;
Applying a potential to the cell; and electrografting the amine functionalized polymer onto the carbon fiber to produce a composite carbon fiber having an amine functionalized polymer electrografted on the surface;
And the composite carbon fiber is characterized by:
21. A method according to any of claims 18 to 20, wherein the step of electrografting the amine functionalized polymer onto the carbon fibers continues for a period of 30 seconds to 2 minutes and in particular for a period of 45 seconds to 90 seconds. .
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/213,564 | 2016-07-19 | ||
| US15/213,564 US20180023244A1 (en) | 2016-07-19 | 2016-07-19 | Composite carbon fibers |
| PCT/IB2017/054336 WO2018015883A1 (en) | 2016-07-19 | 2017-07-18 | Composite carbon fibers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019523350A true JP2019523350A (en) | 2019-08-22 |
| JP6960987B2 JP6960987B2 (en) | 2021-11-05 |
Family
ID=59738379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019502594A Active JP6960987B2 (en) | 2016-07-19 | 2017-07-18 | Composite carbon fiber |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20180023244A1 (en) |
| EP (1) | EP3488044B1 (en) |
| JP (1) | JP6960987B2 (en) |
| CN (1) | CN109689966B (en) |
| ES (1) | ES2962151T3 (en) |
| HU (1) | HUE064077T2 (en) |
| WO (1) | WO2018015883A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021508009A (en) * | 2017-12-21 | 2021-02-25 | ヘクセル コーポレイション | Composite carbon fiber |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110144733A (en) * | 2019-01-23 | 2019-08-20 | 卡本科技股份有限公司 | Carbon fiber mesh and preparation method thereof, composite material and preparation method |
| CN110938895A (en) * | 2019-12-17 | 2020-03-31 | 湖南工程学院 | Composite fiber material, preparation method and application thereof |
| CN111495321B (en) * | 2020-04-26 | 2021-12-14 | 苏州诠释环保科技有限公司 | Magnetic hyperbranched polymer-based porous carbon adsorption material and preparation method thereof |
| CN111778714B (en) * | 2020-06-08 | 2023-12-05 | 安徽安赛新材料有限公司 | Preparation process of high-performance fiber three-phase composite material |
| CN113136727B (en) * | 2021-05-14 | 2022-09-16 | 哈尔滨工业大学 | Method for constructing multi-scale soft-rigid interface layer on surface of carbon fiber to synchronously reinforce and toughen |
| WO2024129168A1 (en) * | 2022-12-14 | 2024-06-20 | Ut-Battelle, Llc | Carbon fiber reinforced composites and method for making same |
| CN118163449B (en) * | 2023-02-14 | 2024-07-30 | 南京绿力新材料有限公司 | Puncture-resistant aluminum foil bag composite material and preparation method thereof |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5224132B2 (en) * | 1974-09-25 | 1977-06-29 | ||
| JPS60252770A (en) * | 1984-05-18 | 1985-12-13 | オフイース ナシヨナル デチユード エ ドウ ルシエルシエ アエロスパシヤル | Carbon fiber, its treatment and composite material using treated carbon fiber |
| JPS62199874A (en) * | 1986-02-20 | 1987-09-03 | バスフ アクチェン ゲゼルシャフト | Method for coating carbon fiber |
| US4844781A (en) * | 1986-12-02 | 1989-07-04 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales | Electrochemical method of surface treating carbon; carbon, in particular carbon fibers, treated by the method, and composite material including such fibers |
| JPH0365311A (en) * | 1989-08-03 | 1991-03-20 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Carbon fiber chop |
| JP2001518141A (en) * | 1997-03-27 | 2001-10-09 | サントル・ナシヨナル・ド・ラ・ルシエルシユ・シヤンテイフイク・(シーエヌアールエス) | Method for producing a carbon-containing material whose surface has been modified by an organic group in an electrochemical process and use of the modified material |
| US20120076711A1 (en) * | 2009-02-11 | 2012-03-29 | Eth Zurich | Amine containing fibrous structure for adsorption of co2 from atmospheric air |
| JP2013166923A (en) * | 2012-01-20 | 2013-08-29 | Toray Ind Inc | Prepreg |
| US20130224470A1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-08-29 | Ut-Battelle, Llc | Method of improving adhesion of carbon fibers with a polymeric matrix |
| CN104195835A (en) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | Method for grafting polymer on surface of carbon fiber under supercritical condition |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2809741B1 (en) | 2000-05-31 | 2002-08-16 | Atofina | IMPROVED SHOCK RESISTANT MATERIALS |
| NO322911B1 (en) | 2002-10-16 | 2006-12-18 | Sinvent As | Hardener for curing epoxy resins and articles made of epoxy resin and such curing agent |
| KR100780582B1 (en) | 2003-06-09 | 2007-11-29 | 카네카 코포레이션 | Process for producing modified epoxy resin |
| JP5544162B2 (en) | 2007-02-28 | 2014-07-09 | 株式会社カネカ | Rubber-like polymer particle-dispersed thermosetting resin composition and method for producing the same |
| WO2008127925A2 (en) | 2007-04-11 | 2008-10-23 | Dow Global Technologies, Inc. | Structural epoxy resins containing core-shell rubbers |
| JP5454138B2 (en) | 2008-03-25 | 2014-03-26 | 東レ株式会社 | Epoxy resin composition, fiber-reinforced composite material, and method for producing the same |
| EP2135909B1 (en) | 2008-06-12 | 2018-01-10 | Henkel IP & Holding GmbH | Next generation, highly toughened two part structural epoxy adhesive compositions |
| US8980059B2 (en) * | 2009-08-12 | 2015-03-17 | Nanopaper, Llc | High strength paper |
-
2016
- 2016-07-19 US US15/213,564 patent/US20180023244A1/en not_active Abandoned
-
2017
- 2017-07-18 CN CN201780056068.3A patent/CN109689966B/en active Active
- 2017-07-18 WO PCT/IB2017/054336 patent/WO2018015883A1/en not_active Ceased
- 2017-07-18 JP JP2019502594A patent/JP6960987B2/en active Active
- 2017-07-18 HU HUE17758620A patent/HUE064077T2/en unknown
- 2017-07-18 ES ES17758620T patent/ES2962151T3/en active Active
- 2017-07-18 EP EP17758620.3A patent/EP3488044B1/en active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5224132B2 (en) * | 1974-09-25 | 1977-06-29 | ||
| JPS60252770A (en) * | 1984-05-18 | 1985-12-13 | オフイース ナシヨナル デチユード エ ドウ ルシエルシエ アエロスパシヤル | Carbon fiber, its treatment and composite material using treated carbon fiber |
| JPS62199874A (en) * | 1986-02-20 | 1987-09-03 | バスフ アクチェン ゲゼルシャフト | Method for coating carbon fiber |
| US4844781A (en) * | 1986-12-02 | 1989-07-04 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales | Electrochemical method of surface treating carbon; carbon, in particular carbon fibers, treated by the method, and composite material including such fibers |
| JPH0365311A (en) * | 1989-08-03 | 1991-03-20 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Carbon fiber chop |
| JP2001518141A (en) * | 1997-03-27 | 2001-10-09 | サントル・ナシヨナル・ド・ラ・ルシエルシユ・シヤンテイフイク・(シーエヌアールエス) | Method for producing a carbon-containing material whose surface has been modified by an organic group in an electrochemical process and use of the modified material |
| US20120076711A1 (en) * | 2009-02-11 | 2012-03-29 | Eth Zurich | Amine containing fibrous structure for adsorption of co2 from atmospheric air |
| JP2013166923A (en) * | 2012-01-20 | 2013-08-29 | Toray Ind Inc | Prepreg |
| US20130224470A1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-08-29 | Ut-Battelle, Llc | Method of improving adhesion of carbon fibers with a polymeric matrix |
| CN104195835A (en) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | Method for grafting polymer on surface of carbon fiber under supercritical condition |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021508009A (en) * | 2017-12-21 | 2021-02-25 | ヘクセル コーポレイション | Composite carbon fiber |
| JP7229251B2 (en) | 2017-12-21 | 2023-02-27 | ヘクセル コーポレイション | composite carbon fiber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6960987B2 (en) | 2021-11-05 |
| CN109689966B (en) | 2022-11-22 |
| HUE064077T2 (en) | 2024-02-28 |
| ES2962151T3 (en) | 2024-03-15 |
| EP3488044A1 (en) | 2019-05-29 |
| US20180023244A1 (en) | 2018-01-25 |
| CN109689966A (en) | 2019-04-26 |
| WO2018015883A1 (en) | 2018-01-25 |
| EP3488044B1 (en) | 2023-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6960987B2 (en) | Composite carbon fiber | |
| CN104011288B (en) | The carbon fiber being coated with sizing agent, the manufacture method of carbon fiber, prepreg and the carbon fibre reinforced composite that are coated with sizing agent | |
| CN103975003B (en) | Carbon fiber forming blank, moulding material and carbon fibre reinforced composite | |
| KR101197524B1 (en) | Epoxy resin composition for carbon-fiber-reinforced composite material, prepreg, integrated molding, sheet of fiber-reinforced composite material and cabinet for electrical/electronic equipment | |
| RU2615405C2 (en) | Improvement of fibre reinforced materials | |
| EP1959051A1 (en) | Carbon fiber bundle, prepreg, and carbon fiber reinforced composite material | |
| JP6943278B2 (en) | Epoxy resin composition and fiber reinforced composite material made from it | |
| KR20140007815A (en) | Epoxy resin system containing insoluble and partially soluble or swellable toughening particles for use in prepreg and structural component applications | |
| JP5291183B2 (en) | Thermosetting resin containing irradiated thermoplastic toughening agent | |
| US20120282434A1 (en) | Thermosetting resin adhesive containing irradiated thermoplastic toughening agent | |
| CN111491986B (en) | Composite carbon fiber | |
| KR101959111B1 (en) | Sizing agent for carbon fiber and carbon fiber using the same | |
| JP6845141B2 (en) | Resin composition | |
| JP6782553B2 (en) | How to make prepreg | |
| JP2023534838A (en) | Aqueous polyamide-amic acid compositions, processes for forming said compositions, and uses thereof | |
| KR20210062034A (en) | Epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material | |
| TWI901689B (en) | Fiber-reinforced plastic and its manufacturing method | |
| WO2021194585A2 (en) | Process for pre-treating carbon fiber with plasma containing carbon dioxide, and composite materials made therefrom | |
| TW202222886A (en) | Epoxy resin composition, prepreg, fiber-reinforced resin molded body, and integrated molded article |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200717 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210730 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210805 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210909 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211008 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211012 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6960987 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |